zaharov

2.1. Гидроаппараты					63
где Fпо =CZ0	– усилие пружины, имеющей жесткость C [Н/см] и под-
жатую на Z0	[см]; Pко – давление открытия, равномерно действующее
по площади Sк (эпюра давлений 1 на рис. 2.15).
	S			d 2	(2.9)
		к		к .
				4

Равновесие открытого клапана при подъеме Z определяется новым распределением давления (см. эпюру 2 на рис. 2.15) со стороны натекающего потока: перед щелью и в области щели, где жидкость движется с возрастающими скоростями, давление понижается, а в окрестностях центра клапана, где на него действует реакция потока, натекающего из прохода седла, давление увеличивается.

Гидроклапаны бывают регулирующие и направляющие. К регулирующим в первую очередь относятся напорные клапаны, 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. На рис. 2.17 показаны наиболее простые схемы напорных клапанов.

а

б

в

Рис. 2.17. Напорные клапаны:

а, б – клапанного типа; в – золотникового типа

По назначению эти гидроклапаны подразделяются 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. Наиболее простым устройством ограничения давления в гидросистеме является ПК, схема которого и способ его включения в гидросистему показаны на рис. 2.18.

64	Глава 2. АГРЕГАТЫ ГИДРОСИСТЕМ
Слив
1	7
2		Из системы
	8
	6
3		В систему
	5
	4
Рн
а	б

Рис. 2.18 . Схема ПК (а) и его схема включения

вгидросистему (б):

1– корпус; 2 – пружина; 3 – клапан-шарик; 4 – линия нагнетания; 5 – насос; 6 – бак; 7 – линия слива; 8 – ПК

При возникновении в гидросистеме давления на 10...20 % выше номинального клапан (шарик) 3 отойдет от седла и перепустит часть жидкости в линию слива. Давление в системе уменьшится, и клапан 3 опустится на седло. При открытом клапане насос работает при повышенном давлении, расходует большую мощность, жидкость при перепуске ее через ПК сильно нагревается, что нецелесообразно при продолжительной работе и частых срабатываниях ПК.

Клапаны шарикового и конусного типа (рис. 2.17, а, б) применяют обычно в качестве предохранительных, так как, несмотря на простоту и надежность, они хорошо работают только в случае эпизодического действия. При постоянной работе быстро изнашивается седло клапана, в результате чего нарушается герметичность системы.

Расчет усилия предварительного поджатия пружины при условии, что давление слива близко к нулю, проводится по формуле

F	P	d	2	(2.10)
		к ,
пр	зад	4

где dк – диаметр седла клапана.

На рис.2.19 представлена конструкция предохранительного клапана прямого действия РД22. Внутри корпуса 4 смонтированы гильза 5, поршень 6, опирающийся на пружину 10, и клапан с пружиной 8. При нормальном давлении в нагнетающей магистрали поршень 6 силой пружины 10 прижат к клапану 7. При повышении давления в системе

2.1. Гидроаппараты

65

выше заданного поршень преодолевает силу пружины 10 и перемещается, открывая проход гидросмеси в сливную магистраль.

1	2														3								4												В бак								5													6					7				8

13

12

11

10

9

От насоса

Рис. 2.19. Предохранительный клапан РД22:

1 – колпачок; 2 – пробка; 3 – винт; 4 – корпус; 5 – гильза; 6 – поршень; 7 – клапан; 8 – пружина; 9 – опора; 10 – пружина; 11 – опора; 12 – уплотнительное кольцо; 13 – контргайка

Регулировка давления начала перепуска гидросмеси на слив производится винтом 3, для чего необходимо снять колпачок 1 и контргайку 13. Герметизация корпуса по узлу регулировки осуществляется уплотнительным кольцом 12.

В качестве переливных клапанов, для которых характерно непрерывное движение запорно-регулирующего органа, используются напорные клапаны золотникового типа (см. рис. 2.17, в). Основной характеристикой переливного клапана является стабильность

поддерживаемого им давления. Величина измерения Pзад					определяется
соотношением:
P		C	Xк X0	,	(2.11)
зад			Sэф
где C – жесткость пружины;	X 0 – предварительное поджатие пружи-

ны; X к – конечное поджатие пружины при открытом клапане, зависящее от расхода жидкости через клапан; Sэф – эффективная площадь, на которую действует давление Pзад .

66 Глава 2. АГРЕГАТЫ ГИДРОСИСТЕМ

1

2 3

А

Для

повышения

стабильности

клапана необходимо уменьшить же-

сткость пружины и увеличить пло-

щадь Sэф . Однако увеличение пло-

щади

при

высоких давлениях

4

приводит к

недопустимому росту

размеров пружины, а следовательно,

5

и размеров клапана. Поэтому в сис-

Рис. 2.20. Напорный гидроклапан

темах с высоким рабочим давлением

непрямого действия

применяют напорные гидроклапаны

непрямого действия,

в которых по-

ток рабочей жидкости воздействует на запорно-регулирующий орган не непосредственно, как в клапанах, представленных на рис. 2.17, а через вспомогательное устройство. Одна из существующих схем клапана непрямого действия показана на рис. 2.20.

Входная полость клапана через дроссель 1 соединена с полостью А. При P Pзад в полости А устанавливается давление Pа P , которое

действует на поршень 2 (площадь S2 ) совместно с пружиной 3 и прижимает поршень к седлу, закрывая проход рабочей жидкости. При P Pзад открывается шариковый клапан 4, пружина которого рассчи-

тана на усилие Fпр Pзад S1 , где S1 – площадь отверстия 5. После открытия шарикового клапана давление в полости А падает и под действием усилия PSк PА S2 Fпр поршень 2 смещается вправо, открывая

проход рабочей жидкости на слив. Достоинством такого клапана является стабильность давления Pзад при изменении расхода в широком

диапазоне.

Рассмотренная схема реализована в агрегате непрямого действия ГА186М (рис. 2.21). При повышении давления в системе более 240 кгс/см2 шарик 10 отойдет от седла 9 и пропустит небольшое количество масла в магистраль слива. При дальнейшем повышении давления в системе расход масла через шариковый клапан увеличится. Избыток подводимого давления теряется за счет дросселирования масла при его прохождении через центральное отверстие в клапане 3. Вследствие этого создается разность давлений в полостях левее и правее клапана 3. Когда сила, вызванная разностью давлений, станет больше усилия обжатия пружины 7, клапан 3 отойдет от конусного седла

2.1. Гидроаппараты

67

и начнет также пропускать масло, как и шарик 10, в магистраль слива, поддерживая в системе заданное давление.

При снижении давления в системе шарик 10 под действием пружины 14 переместится влево и закроет отверстие в седле. Одновременно с этим прекратится поток масла через центральное дроссельное отверстие клапана 3 и, следовательно, исчезнет разность давлений на клапан слева и справа. Пружина 7 отожмет клапан влево и он закроет отверстие в конусном седле. Перепуск масла в магистраль слива прекратится.

В систему

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

От		В бак
насоса

Рис. 2.21. Предохранительный клапан ГА186М:

1 – корпус; 2 – гильза; 3 – клапан; 4 – поршень; 5, 15 – упоры; 6 – фиксатор; 7, 14 – пружины; 8 – фильтр; 9 – седло; 10 – шарик; 11 – упор; 12 – пробка; 13 – регулировочный винт

Редукционными клапанами называются гидроклапаны, предназначенные для уменьшения давления в гидролинии, отводимой от основной линии, и поддержания этого давления или перепада давления на постоянном уровне.

Редукционные гидроклапаны используются в случаях, когда к гидролинии подключается один или несколько потребителей, рассчитанных на разное давление питания, меньше исходного. Редукционные клапаны применяются также для уменьшения и стабилизации давления питания в предварительных каскадах усиления гидравлических усилителей, а также для обеспечения постоянного перепада давления на регулируемых дросселях регуляторов потока.

	68			Глава 2. АГРЕГАТЫ ГИДРОСИСТЕМ
	P	р	е д	В редукционном клапане прямого действия
				(рис. 2.22) запорно-регулирующим элементом
				служит однощелевой золотник 1. В корпусе 2
	P		н	клапана расположены также пружина 3 с опо-
				рами и регулировочный винт 4, обеспечиваю-
				щий необходимую степень сжатия пружины 3.
		1		Давление напора Pн, подводимое к рабочей по-
				лости золотника 1, не оказывает на него сило-
		2		вого воздействия в осевом направлении, так как
				эффективные площади буртов золотника рав-
				ны. Основными осевыми силами, действующи-
		3		ми на золотник клапана, являются: сила пружи-
				ны, сила, обусловленная давлением на выходе
				клапана, и сила, обусловленная давлением в
		4		сливной гидролинии. Очевидно, что положение
				золотника 1 благодаря пружине 3 будет опре-
				деляться величиной разности редуцируемого
				давления Pред и давления слива Pcл. С увеличе-
	Рис. 2.22. Схема редук-			нием этой разности золотник будет прикрывать
	ционного клапана пря-			рабочее окно клапана, уменьшая подачу жидко-
	мого действия
				сти на выходе клапана, что приведет к умень-
				шению разности перепада давления на клапане
	до величины, на которую настроен редукционный клапан. Если же
	вследствие увеличения расхода на выходе редукционного клапана дав-
	ление Pред уменьшится, то под действием усилия пружины 3 золотник
	1 приоткроет рабочее окно клапана и редуцируемое давление восста-
	новится.
	Так как редуцируемое давление или разность Pред.щ – Pсл постоянно
	сравнивается с усилием пружины, зависящим от положения запорно-
	регулирующего элемента клапана, а это положение зависит от расхода
	на выходе редукционного клапана, то с увеличением этого расхода бу-
	дет уменьшаться и давление Pред. Эта особенность характеристики уже
	рассматривалась применительно к напорным клапанам.
	Если допустить,			что силы трения в подвижных элементах малы,
	уравнение равновесия можно записать в виде

	d	2
Pред	4	Fпр CX .	(2.12)

2.1. Гидроаппараты

69

Отсюда для достаточно эластичной пружины с малой погрешностью получим

P	4Fпр	const,	(2.13)
ред	d 2

где Fпр – предварительное усилие пружины 3, устанавливаемое регулировочным винтом 4.

Рассмотренная выше схема клапана прямого действия использована в конструкции редукционного клапана УГ165 (рис. 2.23). Он предназначен для гидромеханического управления подачей рабочего тела в подсистему стояночного торможения объекта на стоянке, старте и на пробеге при отказе резервной подсистемы торможения или отсутствии

	Исходное положение агрегата	Подача жидкости
	1	под давлением в тормоз
9	2
6	3
	Слив
	4
	Насос
	5
	7
	8

Тормоз

Рис. 2.23. Принципиальная схема редукционного клапана УГ165:

1 – шток; 2 – стержень; 3 – клапан; 4 – золотник; 5 – корпус; 6, 7 – пружина; 8 – демпфер; 9 – пружинный узел.

- - - – давление слива; ++++ – подводимое давление; – редуцированное давление; vvvv – промежуточное давление

70 Глава 2. АГРЕГАТЫ ГИДРОСИСТЕМ

электропитания на борту изделия. При нажатии на шток 1 происходит перемещение стержня 2, который прижимает клапан 3 к торцу золотника 4, при этом полость ТОРМОЗ разделяется с полостью СЛИВ. При дальнейшем увеличении усилия на штоке происходит перемещение золотника. Конус золотника отходит от острой кромки корпуса 5, и жидкость под давлением поступает в замкнутую полость ТОРМОЗ. Создается редуцированное давление (положение II). Редуцированное давление, действуя на клапан 3, уравновешивает усилие, приложенное к штоку 1, при этом конус золотника перекроет проход жидкости из полости подводимого давления в полость ТОРМОЗ. В полости ТОРМОЗ устанавливается редуцированное давление, пропорционально ходу штока (положение III).

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.

Одна из распространенных схем редукционного гидроклапана непрямого действия показана на рис. 2.24. Основной клапан 5 управляется с помощью вспомогательного, состоящего из запорнорегулирующего элемента 1, пружины 2, регулировочного винта 3 и постоянного дросселя 6. Междроссельная камера, образованная постоянным дросселем 6 и рабочим окном вспомогательного клапана, соединена гидролинией с рабочей камерой клапана 5, в которой распо-

ложена

пружина 4, открывающая рабочее окно клапана 5 при

1

2

3

давлениях на выходе редукционного клапана ни-

же заданных.

Если расход, потребляемый нагрузкой на вы-

ходе редукционного клапана, уменьшится, то в

4

некоторый момент времени давление Pред сначала

увеличится, что приведет к повышению давления

5

в междроссельной камере вспомогательного кла-

Pн

пана. При этом запорно-регулирующий элемент 1

отожмется от седла и пропустит часть расхода на

слив. В результате появления этого расхода бла-

P р е д

годаря наличию постоянного дросселя 6 давление

Рис. 2.24.

Схема ре-

в междроссельной камере вспомогательного кла-

пана уменьшится и клапан 5 под действием пре-

дукционного клапана

вышающего давления Pред переместится в сторо-

непрямого действия

2.1. Гидроаппараты

71

ну уменьшения проходного сечения его рабочего окна, в данном случае – вверх. Приток энергии, поступающей из напорной гидролинии в полость редуцируемого давления, уменьшится, и давление Pред достигнет значения, заданного настройкой вспомогательного клапана.

Как и в напорных клапанах, при использовании редукционных клапанов непрямого действия уменьшается зависимость давления от потребляемого расхода.

Разновидностью редукционных клапанов является гидроклапан перепада давления, предназначенный для поддержания заданного перепада Р на входе и выходе при P1 > P2 (рис. 2.25). Уравнение равновесия без учета сил трения и диаметра отверстия в поршень 1 можно записать в виде:

	d	2	(D2 d 2 )					D2
P		P				P			F	0 ,	(2.14)
2	4	1		4		2		4	пр
откуда
		P P			4Fпр			const .			(2.15)
		1	2	(D2 d 2 )

Условное изображение редукционного клапана дано на рис. 2.26, а. На рис. 2.26, б в условных изображениях показана схема регулятора потока, предназначенного для обеспечения расхода в отводимой гидролинии, пропорционального открытию регулируемого дросселя и не зависящего от давления в подводимом и отводимом потоках рабочей

d

P

2

D

a			P1	1

Рис. 2.25. Схема редукционного клапана постоянного перепада

72

Глава 2. АГРЕГАТЫ ГИДРОСИСТЕМ

Рн

Рн1

Р1

Рред

Р2

Рн2

Qn

Р

а

б

НГ

Рн3

Рн

Рн

в

г

Рис. 2.26. Условное изображение и примеры применения редукционных клапанов

жидкости. Эта независимость достигается за счет стабилизации перепада давления ∆Pд = P1 – P2 на регулируемом дросселе с помощью редукционного клапана, т. е. за счет обеспечения ∆Pд = const.

Примером применения редукционного клапана для понижения и стабилизации давления питания, подводимого к дросселирующему гидрораспределителю первого каскада усиления гидравлического усилителя мощности, может служить схема, показанная на рис. 2.26, в. Здесь понижается и поддерживается постоянным давление питания двухщелевого дросселирующего гидрораспределителя сопло – заслонка, что гарантирует стабильность статических характеристик этого гидрораспределителя независимо от изменения давления в основной напорной и сливной гидролиниях.

Схема на рис. 2.26, г иллюстрирует подключение нескольких потребителей с разным давлением питания Pн1 ≠ Pн2 ≠ Pн3, меньшим, чем давление питания в основной напорной гидролинии Pн, за счет установки редукционных клапанов.

Гидродроссели. Гидродроссели относятся к гидроаппаратам неклапанного действия и представляют собой специальное гидравлическое сопротивление, предназначенное для снижения давления (энергии) потока рабочей жидкости, проходящей через агрегат.

Основной характеристикой гидродросселя является зависимость расхода Q от перепада давлений P в подводимом и отводимом потоках: Q = f Р). По характеру этой функции дроссели подразделяются на линейные и нелинейные.