3.5. Предохранительные и редукционные клапаны

Предохранительный клапан предназначен для ограничения повышения давления рабочей жидкости в гидросистемах сверх заданной величины.

Принцип действия предохранительных клапанов, применяемых в гидросистемах машин, основан на уравновешивании давления р жидкости весом груза (рис. 3.14.) или усилием пружины а (рис. 3.15.).

Рис.3.14. Схема грузового предохранительного клапана

а.) б.) в.)

Рис.3.15. Схема предохранительного клапана

Когда давление р жидкости, действующее на клапан, преодолевает вес груза или усилие затяжки пружины, клапан смещается со своего седла и открывает проход для жидкости. При понижении давления ниже давления, соответствующего усилию пружины, или веса груза, клапан перекрывает проход.

Степень открытия клапана определяется равновесием затвора, т.е. равенством сил, действующих на затвор клапана со стороны жидкости, направленных в сторону большего его открытия и внешней силы, препятствующей открытию. Внешняя сила создается обычно пружиной с регулируемой затяжкой, к которой зачастую добавляется дополнительная сила (давление жидкости и пр.), изменяющая закон нагружения клапана.

Из предохранительных клапанов простотой конструкции и изготовления отличаются шариковый (рис. 3.15.а), клапан с конусным запорным элементом (рис. 3.15.б) и клапан с цилиндрическим запорным элементом.

Скорость жидкости в подводящем канале предохранительного клапана обычно не превышает 15 м/сек, однако в клапанах высокого давления (200 кг/см² и выше) допускают скорость до 30 м/сек.

Важной характеристикой клапана является стабильность поддерживаемого им давления при различных расходах жидкости, степень которой зависит в основном от характеристики (жесткости) пружины, а также от постоянства действующих на затвор клапана сил давления жидкости. При подъеме затвора клапана, обусловленном увеличением расхода жидкости, усилие сжатой пружины возрастает, в результате давление жидкости, необходимое для удержания затвора в поднятом положении, увеличивается. Очевидно, что нестабильность давления будет тем большей, чем жестче пружина.

Для повышения стабильности давления применяют клапаны с эластичными пружинами и реже клапаны, у которых нагрузка осуществляется с помощью груза G (см. рис. 3.14).

Причинами нарушения стабильности клапана являются также гидродинамические силы и трение подвижных его частей. В результате действия сил трения клапан будет реагировать на изменение давления жидкости с запаздыванием, ввиду чего давление в начале открытия клапана (повышение расхода), превысит давление в конце закрытия (снижение расхода). Последнее качество характеризуется так называемым гистерезисом предохранительного клапана, под которым понимается разница между давлением в начале открытия и в конце закрытия затвора, величина которой должна быть возможно малой.

Гистерезис в основном обусловлен трением подвижных частей клапана и частично рассеянием энергии на перекристаллизацию металла при деформациях пружины.

Рассмотренные клапаны могут применяться как в качестве предохранительных с эпизодическим действием, так и в качестве переливных, поддерживающих постоянное давление жидкости в системе путем непрерывного отвода (слива) части жидкости в бак.

Переливные клапаны, обычно выполняются с плунжерным затвором (рис. 3.16.а). Величина х перекрытия затвором (плунжером) окна, через которое масло после открытия клапана перетекает в бак, должна быть несколько больше величины размаха возможных колебаний плунжера при его вибрациях с тем, чтобы он не ударялся при этом о свою опору.

Для демпфирования энергии колебаний в клапане предусмотрено дроссельное отверстие а.

а.) б.)

Рис.3.16. Схема предохранительного клапана с гидравлическими

демпферами