54)Гидродроссели и дросселирующее дроссели. Постоянные дроссели. Ламинарные и турбулентные гидрораспределители. Дроссельные регуляторы
Назначение дросселей — устанавливать желаемую связь между пропускаемым расходом и перепадом давления до и после дросселя. По характеру рабочего процесса дроссели являются гидравлическими сопротивлениями с регламентированными характеристиками. Применение дросселей в качестве регулирующих элементов требует от них двух качеств:
-возможности получения характеристики, т. с. зависимости р = = / (О), желаемого вида;
-сохранения стабильности характеристики при эксплуатации, а именно ее малой зависимости от изменения температуры (от вязкости) жидкости, неподверженность засорениям, облитерации.
Рассмотрим с этих позиций главные типы гидравлических сопротивлений и оценим возможность их использования в качестве регулирующих дросселей. Использование в качестве дросселей капилляров, т. е. длинных трубок со значительными сопротивлениями трения в зоне ламинарного течения позволяет получать дросселирующие элементы с линейной взаимосвязью между расходом Q и потерей р давления, что весьма желательно. Учитывая, что при ограниченной длине дроссельных капилляров, длина печального участка ламинарного потока соизмерима с полной длиной капилляра, линейность указанной взаимосвязи будет приближенной (см. п. 1.25). Поскольку ламинарный режим течения устойчив при Rе < Rе(кр) и потери при нем прямо пропорциональны вязкости, линейные ламинарные дроссели применимы только при малых скоростях жидкости, т. е. ври малых значениях потери р (обычно р < 0,3 МПа) и в условиях достаточно стабильной температуры при эксплуатации. Ввиду большой длины капилляров их выполняют, обычно в виде винтов 1 (рис. 3.84) с прямоугольным сечением резьбы в хорошо подогнанной по наружному диаметру гильзе 2, Дроссель на рисунке регулируемый. Вращением винтовой головки 3 работающая длина /в вдвта и, следовательно, характеристика дросселя могут изменяться. Из-за указанных ограничений линейные дроссели с ламинарным течением, несмотря на удобный вид характеристики, применяют редко. Капилляры с турбулентным течением жидкости имеют в широком диапазоне Q сложный характер зависимости р = f (Q), отличный от квадратичного из-за переменности коэффициента трения X.. Поэтому квадратичные капиллярные дроссели (например, 1 на рис. 3.80) применимы в условиях незначительных изменений р я (), что соответствует условиям в предохрапительном клапане при небольшом диапазоне изменения вязкости. Во избежание засорения и облитерации размер проходов капилляров должен быть не менее 0,6—0,8 мм при условии фильтрация жидкости.
В ламинарных дросселях установившиеся линии токов воздуха не пересекаются друг с другом, скорость потока невелика (Re<2300), температура практически постоянна. Гидравлическое сопротивление создается за счет сил вязкого трения слоев воздуха друг с другом и со стенкой канала. Подобные ламинарные режимы наблюдаются в дросселях типа капилляр (рис.1.2, а) с большим отношением длины к диаметру (обычно L/d>10).
Для турбулентных дросселей характерны интенсивное хаотическое перемешивание линий токов воздуха, большие значения скоростей и критерия Re, малые отношения L/d и адиабатическое изменение состояния воздуха. Гидравлическое сопротивление создается за счет вихреобразований, особенно сильных при сужении и расширении струи воздуха. В турбулентных дросселях, например типа жиклер (рис.1.2, б), могут наблюдаться докритические (скорость потока меньше скорости звука) и надкритические (скорости потока и звука равны) режимы.
Деление дросселей на ламинарные и турбулентные условно, так как режим течения воздуха зависит и от конструкции дросселя, и от условий его работы, в частности от перепада давлений DР. Дроссели, в которых возможен и ламинарный, и турбулентный режим, называют смешанными.
Рис.
1.2. Принципиальные схемы дросселей:
а - капилляр; б - жиклер; в -конус-цилиндр; г - конус—конус; д - цилиндр—цилиндр; е - сопло-заслонка; ж - шарик-цилиндр.
В постоянных дросселях площадь проходного сечения не меняется; примерами таких дросселей служат упоминавшиеся капилляр и жиклер (рис.1.2 a, б). Постоянные дроссели (как и все другие) характеризуются только статическими характеристиками, так как в динамическом отношении они являются безынерционными звеньями: геометрические размеры каналов дросселей обычно очень малы (например, длина капилляра не более 20 мм, диаметр 0,18 или 0,32 мм), поэтому все переходные процессы, распространяющиеся со скоростью звука, заканчиваются в дросселях практически мгновенно.
К регулируемым дросселям относят конус-цилиндр, конус-конус, и цилиндр-цилиндр (рис.1.2, в-д). Перемещение h внутренних конусов или цилиндра осуществляется вручную и вызывает изменения площади F или гидравлического сопротивления кольцевого зазора. В регулируемых дросселях возможны турбулентные, ламинарные и переходные режимы истечения воздуха. Статические расходные характеристики таких дросселей описываются сложными нелинейными выражениями, в которые всегда входят экспериментально определяемые параметры. При небольших перепадах DР и перемещениях h регулируемые дроссели можно рассматривать. К регулируемым дросселям, обладающим линейными расходными характеристиками во всем диапазоне изменения DР, относятся так называемые пульсирующие сопротивления.
Переменные дроссели типа сопло-заслонка и шарик-цилиндр показаны на рис.1.2, е, ж. Перемещение заслонки и шарика осуществляется с помощью какого-либо другого элемента пневмоавтоматики. В дросселе первого типа изменение гидравлического сопротивления достигается за счет сил трения воздуха о сопло и заслонку и эффектов сжатия и расширения струи. Величина h мала (порядка 0,03-0,1 мм), поэтому дроссель чувствителен к перекосам и вибрациям заслонки. Дроссель второго типа более надежен, так как шарик самоцентруется в струе воздуха. Изменение расхода достигается изменением площади F и гидравлического сопротивления потоку воздуха при перемещении шарика. Для переменных дросселей характерен турбулентный режим течения воздуха. При малых изменениях h и DР статические характеристики переменных дросселей можно рассматривать как линейные в малом.
55)Золотниковые гидрораспределители. Схемы, конструкция золотникового дроссельного распределителя. Течение жидкости через рабочие окна золотниковых дросселей. Коэффициент расхода золотниковых регулируемых дросселей. Характеристики идеального четырехдроссельного золотника
Золотниковые (запорно-регулирующим элементом является золотник цилиндрической или плоской формы)гидрораспределители. В золотниковых гидрораспределителях изменение направления потока рабочей жидкости осуществляется путем осевого смещения запорно-регулирующего элемента.
Запорно-регулирующим элементом золотниковых гидрораспределителей является цилиндрический золотник 1, который в зависимости от числа каналов (подводов) 3 в корпусе 2 может иметь один, два и более поясков (рис.5.1, а). На схемах гидрораспределители обозначают в виде подвижного элемента, на котором указываются линии связи, проходы и элементы управления. Рабочую позицию подвижного элемента изображают квадратом (прямоугольником), число позиций соответствует числу квадратов (рис.5.1, б).
Рассмотрим принцип работы распределителя (рис.5.2). В первой (исходной) позиции все линии А, В , Р и Т, подходящие к распределителю разобщены, т.е. перекрыты (рис.5.2, а). При смещении золотника влево распределитель переходит во вторую позицию, в которой попарно соединены линии Р и А, В и Т (рис.5.2, б). При смещении золотника вправо - в третью, где соединяются линии Р и В, А и Т (рис.5.2, в). Такой распределитель часто называют реверсивным, так как он используется для остановки и изменения направления движения исполнительных органов.
В зависимости от числа подводов (линий, ходов) распределители могут быть двухходовые (двухлинейные); трехходовые (трехлинейные), четырех- и многоходовые. В соответствии с этим в обозначениях гидрораспределителей первая цифра говорит о числе подводов. Например, из обозначения гидрораспределителя "4/2" можно понять, что он имеет 4 подвода, т.е. он четырехходовой (четырехлинейный).
Вторая цифра в обозначении говорит о числе позиций. То же обозначение распределителя "4/2" говорит, что у него две позиции.
В зависимости от числа золотников гидрораспределители подразделяют на распределители с одним и несколькими золотниками. В последнем случае распределители могту быть моноблочными или секционными. Секции распределителя соединяют между собой болтами.
Золотники гидрораспределителя могут выполняться в трех исполнениях (рис.5.7).
Золотники с положительным осевым перекрытием (рис.5.7, а) имеют ширину поясков b больше, чем ширину проточки c или диаметр рабочих окон в корпусе. Золотники с положительным осевым перекрытием позволяют фиксировать положение исполнительного механизма. Недостатком является наличие у них зоны нечувствительности, определяемой величиной осевого перекрытия: в пределах этой зоны при перемещении золотника расход жидкости через гидрораспределитель равен нулю, а исполнительный механизм не движется, несмотря на подаваемый к золотнику сигнал управления.
Золотники с нулевым осевым перекрытием (рис.5.7, б) имеют ширину пояска b равную ширине проточки c или диаметру рабочих окон, а осевое перекрытие П = 0. Такие золотники не имеют зоны нечувствительности и наилучшим образом удовлетворяют требованиям следящих гидросистем. Однако изготовление таких золотников связано со значительными технологическими трудностями.
Золотники с отрицательным осевым перекрытием (рис.5.7, в), у которых b < c; при нейтральном положении их напорная гидролиния соединена со сливом и с обеими полостями гидродвигателя. При этом жидкость через зазоры непрерывно поступает на слив, а в обеих полостях гидродвигателя устанавливается одинаковое давление. В гидрораспределителях с таким золотником зона нечувствительности сводится к минимуму, но из-за слива рабочей жидкости часть мощности теряется. Кроме этого, гидросистема с таким золотником будет иметь меньшую жесткость, так как из-за перетекания жидкости через начальные зазоры в золотнике будет переходить смещение исполнительного механизма при изменении преодолеваемой нагрузки.
μ - коэффициент расхода дросселя, для дросселей золотникового типа μ = 0,4…0,6