Гидравлические дросели, регуляторы потока жидкости.
Гидравлический дроссель представляет собой регулирующий гидроаппарат, предназначенный для поддержания заданного расхода рабочей жидкости в гидролинии в зависимости от перепада давления на дросселе.
По конструкции запорно-регулирующих элементов дроссели полразделяют на золотниковые и крановые, по возможности регулирования величины рабочего проходного сечения (расхода через дроссель) — на нерегулируемые (рис. 5.14) и регулируемые (рис. 5.15), по конфигурации рабочего проходного сечения — на щелевые и пластинчатые.
Для изменения площади проходного сечения регулируемого золотникового дросселя, в котором рабочее проходное сечение (щель) создается кромками расточки корпуса 1 и золотника 2, необходимо перемещать золотник в осевом направлении. В крановом регулируемом дросселе, в котором рабочее проходное сечение создается между расточкой корпуса 1 и узкой щелью, выполненной в полом кране 3, регулирование расхода осуществляется поворотом крана о ту или иную сторону.Расход через дроссель Qдр м3/с, при прочих равных условиях зависит не только от площади рабочего проходного сечения дросселя, но и от перепада давления жидкости:
Из формулы следует, что чем меньше перепад давлений, тем меньше расход и наоборот. Так как перепад давлений зависит от нагрузки, приложенной к выходному звену гидродвигателя, то при переменной нагрузке нельзя получить постоянный расход с помощью только одного дросселя и, следовательно, стабильную скорость выходного звена гидродвигателя. Поэтому в гидроприводах с дроссельным регулированием применяют регуляторы потока, в состав которых помимо регулируемых дросселей входят редукционные гидроклапаны.
Гидравлические клапана.
Обратные клапаны предназначены для свободного пропускания рабочей жидкости в одном направлении и для перекрытия движения жидкости в обратном направлении. Обратный клапан конструктивно подобен предохранительному клапану с той лишь разницей, что в нем применяется пружина с малым усилием, предназначенная лишь для преодоления сил трения при посадке запорного элемента на седло.
Установка в гидроприводе машины обратного клапана исключает самопроизвольное опускание рабочего оборудования под действием внешней нагрузки, а также при случайном включении гид рораспределителя. Обратные клапаны применяются также: в схемах, состоящих из нескольких насосов, из насоса и гидропневмо-аккумулятора для исключения взаимного влияния при их одновре-менной работе; в блоках фильтрации, устанавливаемых в реверсивных гидролиниях, для обеспечения движения жидкости через фильтр только в одном направлении; в гидроприводах с замкнутой циркуляцией как подпиточные клапаны. Обратные клапаны бывают с шариковыми и конусными запорными элементами.
Обратный клапан с конусным запорным элементом (рис. 5.9) состоит из корпуса 2, конического клапана 3, цилиндрической пружины 4, седла 5 и крышки 1с уплотнительным кольцом 6.
При подводе рабочей жидкости в полость А клапан 3 отходит от седла 5 и обеспечивает движение жидкости в полость Б и далее в гидролинию. При обратном направлении потока рабочей жидкости клапан 3 под действием давления жидкости и усилия пружины плотно прижимается к седлу и перекрывает проход жидкости в полость А.
На корпусах обратных клапанов наносят стрелку, указывающую направление движения рабочей жидкости через клапан. На дорожно-строительной технике наибольшее распространение получили обратные клапаны с условным проходом 16, 20, 25 и 32 мм, параметры которых приведены в табл. 5.6.
Напорным клапаном называют клапан давления, предназначенный для автоматического ограничения давления в подводимом к нему потоке рабочей жидкости. По назначению они подразделяются на предохранительные и переливные.
Предохранительные клапаны служат для предохранения гидроприводов от давлений рабочей жидкости, превышающих установленные. Они относятся к клапанам эпизодического действия. По конструкции запорно-ре-гулирующих элементов предохранительные клапаны подразделяют на шариковые, конические и золотниковые (рис. 5.10).
Принцип работы предохранительного клапана основан на уравновешивании силой пружины силы давления Рдав на запорно-ре гулирующий элемент, определяемой без учета сил трения по формуле
Шариковые предохранительные клапаны применяются для невысоких давлений и малых расходов в системах с резким срабатыванием гидроклапана. Достоинством шариковых клапанов является малая чувствительность к загрязнению рабочей жидкости, а недостатком —вибрация в процессе перепускания жидкости, создающая характерный шум.
Конические гидроклапаны надежнее в эксплуатации, чем шариковые, лучше центрируются в седле, имеют незначительные утечки, но также подвержены вибрации, которая устраняется демпфированием.
Предохранительные клапаны, предназначенные для длительного и частого перепуска рабочей жидкости, чаще делают золотниковыми. Они работают надежно, без вибрации и шума.
В конструктивной схеме предохранительного клапана непрямого действия (рис. 5.11) в корпусе 1 кроме основного конического клапана 2 имеется вспомогательный шариковый клапан 4 с пружиной 5. Для уменьшения усилия пружины 3 основного клапана полость Г соединена через дроссель Б с напорной (входной) полостью Л. Давление настройки клапана 4 регулируется винтом 6. Полость Д каналом Е соединена со сливной (выходной) полостью Ж.
Принцип работы клапана заключается в следующем. На основной клапан 2 действуют сила пружины Рпр и сила давления Р2 в полости Г, которые прижимают клапан 2 к седлу корпуса.
Этот клапан закрыт до тех пор, пока закрыт вспомогательный клапан 4 и выполняется условие Рпр + Р2>Р1. При давлении рабочей жидкости в полости А больше допустимого увеличивается сила Р2 в полости Г. При этом открывается шариковый клапан 4 и рабочая жидкость из полости Г поступает через клапан 4 в полость Д и по каналу Е— в сливную полость Ж. Давление в полости Г уменьшается и под действием силы давления P1 клапан 2 смещается вправо, открывая проход рабочей жидкости в сливную полость Ж. Клапан 2 может разгружаться также дистанционно. Для этого достаточно соединить канал В со сливной линией с помощью вентиля.
Предохранительные клапаны непрямого действия имеют свои параметры, приведенные в табл. 5.7.
Переливные клапаны предназначены для поддержания заданного давления в напорной линии путем непрерывного перепуска рабочей жидкости в сливную линию при резких изменениях нагрузок, т. е. это предохранительный клапан для длительного перепуска рабочей жидкости.
Принцип работы переливного клапана прямого действия (рис. 5.12, а) заключается в следующем. При подводе к клапану рабочей жидкости под давлением, превышающем давление, на которое клапан отрегулирован, золотник 2 под действием разности сил давления рабочей жидкости и пружины перемещается вверх. При этом образуется рабочее проходное сечение (щель) между острыми кромками цилиндрической расточки корпуса и золотника. Чем больше расход рабочей жидкости, поступающей (сливающейся) из напорной линии, тем больше величина открытия клапана. При этом изменение давления в напорной линии пропорционально подъему золотника и жесткости пружины.
В переливном клапане с дифференциальным золотником (рис. 5.12,6) золотник имеет два цилиндрических пояска разных диаметров d1 и d2. Пружина клапана воспринимает давление жидкости на эффективную площадь, равную разности площадей торцов золотника. Использование в клапане дифференциального золотннка, работающего по принципу гидравлического уравновешивания, позволяет уменьшить размеры пружины. Как и предохранительные, переливные клапаны подключают к. напорным линиям параллельно. В сливных линиях переливные клапаны иногда устанавливают последовательно. В этих случаях они выполняют функцию подпорных клапанов.
Редукционным клапаном называют клапан давления, предназначенный для поддержания давления в отводимом от него потоке рабочей жидкости более низкого, чем давление в подводимом потоке. Редукционные клапаны применяют в гидроприводах, в которых от одного источника питаются несколько потребителей, работающих при разных давлениях.
При работе клапана (рис. 5.13) рабочая жидкость под давлением p1 подводится в полость А, а затем дросселируется через рабочее проходное сечение Б клапана. Вследствие этого давление на выходе клапана р2 (редукционное давление) в полости В понижается и поддерживается в заданных пределах. При повышении редукционного давления сверх расчетного золотник 2 клапана автоматически перемещается вправо, сжимая пружину 3. При этом рабочее проходное сечение (дросселирующая щель) Б уменьшится, гидравлическое сопротивление увеличится и давление снизится до расчетного значения. При понижении редукционного давления ниже расчетного значения золотник переместится влево под действием пружины 3. При этом рабочее проходное сечение увеличится, гидравлическое сопротивление уменьшится и давление увеличится до расчетного значения.
Редукционные клапаны с регулятором типа Г52-2 изготовляют ь трех исполнениях по величине давления (без индекса — от 0,3 до 6,3 МПа. с индексом «А» — от 1 до 10 МПа, с индексом «Б» — от 2 до 19 МПа), в двух исполнениях по присоединению (без индекса — резьбовое, с индексом «П» — стыковое), четырех условных проходов (10, 16, 20 и 32 мм).
Тормозные клапаны (табл. 5.8) применяют в приводах механизмов опускания груза кранов, пневмоколесного хода экскаваторов, погрузчиков и других строительных и дорожных машин для исключения противообгонного скоростного режима при действии нагрузок, направление которых совпадает с направлением вращения двигателя.
Тормозной клапан, установленный в линиях управления механизмами подъема (опускания) груза и стрелы и телескопиро-вания стрелы крана КС-4571 (рис. 5.16), работает следующим образом. При подъеме груза (стрелы) или выдвижении стрелы крана рабочая жидкость по напорной линии (от насоса) подается в канал Л корпуса 6 клапана.
Преодолевая сопротивление пружины 4 и отжав обратный клапан 5, рабочая жидкость свободно проходит в канал В и далее к исполнительным механизмам крана. Одновременно часть жидкости попадает в полость золотника 16, проходит по каналу в этом золотнике и заполняет пространство, занимаемое пружиной 10, перемещая золотник влево.
При опускании груза (стрелы) или втягивании стрелы рабочая жидкость под давлением по напорной линии подводится одновременно в каналы Б и В. Жидкость, поступающая в канал Б, помогает пружине 4 поджать обратный клапан 5 и одновременно прижимает золотник 17 к крышке 2. Поступающая в канал В рабочая жидкость преодолевает сопротивление пружины 10 и, перемещая золотник 16, открывает доступ жидкости из канала Б вокруг фаски золотника 16 в канал Д. Плавность опускания груза (стрелы) или втягивания стрелы обеспечивается конусной рабочей фаской золотника 16. Золотник 17, калиброванные отверстия во втулке 7 и крышке 2 (в канале В) служат для гашения автоколебаний золотника 16. Давление, при котором открывается доступ жидкости из канала Б в канал Д, регулируется винтом 14.
Подпиточные клапаны предназначены для компенсации неизбежных утечек рабочей жидкости и исключения разрыва сплошного потока, вызывающего явление кавитации в подводящих гидролиниях гидромоторов. По своему конструктивному исполнению и принципу действия подпиточные клапаны подобны обратным клапанам (рис. 5.9).
Клапаны имеют сквозные отверстия, одно из которых соединяется с рабочим отводом к гидродвигателю, а другое — со сливной гидролинией. Такое исполнение вызвано тем, что подпиточные клапаны обычно применяются в сочетании с другими типами клапанов (предохранительными или переливными). В этом случае подпиточный клапан устанавливают между корпусом гидрораспре-делителя и установленным под ним другим клапаном. Если клапан применяют отдельно, тогда отверстия закрывают сверху пластиной с уплотнениями.
Подпиточные клапаны с условными проходами 16, 20 и 32 мм рассчитаны на номинальный поток 25, 63 и 100 дм3/мин. Давление, Тфи котором клапан начинает открываться, составляет 0,038. . . 0,087 МПа.