Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод (часть 2)

1)минимальное сопротивление движению жидкости в направлении разрешенного течения;

2)герметичность в обратном направлении.

Пружина, прижимающая клапан к седлу, является вспомогательной и служит лишь для надежной посадки клапана в седло в момент изменения направления движения потока. Поскольку наличие пружины приводит к увеличению перепада давления на клапане при прохождении потока в прямом направлении, а допустимая величина перепада давления на обратных клапанах составляет 0,01–0,03 МПа, то ее жесткость обычно выбирают минимальной.

При повышенных требованиях к герметичности клапана в закрытом положении их запорно-регулирующие элементы или седла снабжаются эластичными уплотнениями. Обычно такая конструкция клапана используется в гидросистемах низкого давления.

Условное обозначение обратного клапана приведено на рис. 6.16,в. К основным параметрам, характеризующим обратные гидроклапаны

(ГОСТ 16517-82*), относятся: условный проход Dy, максимальное рабочее давление pном, масса (без рабочей жидкости).

Одной из разновидностей обратного клапана является управляемый обратный клапан, или гидрозамок – это направляющий гидроклапан, предназначенный для пропускания потока жидкости в одном направлении при отсутствии управляющего воздействия и в обоих направлениях при наличии управляющего воздействия.

Схема одностороннего гидрозамка приведена на рис. 6.17, а. Он со-

держит элементы обратного клапана (седло и запорно-регулирующий элемент с пружиной), а также подпружиненный поршень с толкателем.

Рис. 6.17. Односторонний гидрозамок:

а) конструктивная схема; б) условное обозначение; в) схема автомата разгрузки насоса

Если давление в гидролинии 3 отсутствует, то при движении жидкости от гидролинии 2 к гидролинии 1 запорно-регулирующий элемент клапана отжимается от седла, а поршень с толкателем перемещаются вправо.

171

pд max

При изменении направления потока в гидролиниях 1 и 2 запорнорегулирующий элемент клапана прижимается к седлу и движение жидкости прекращается.

Если через гидролинию 3 в управляющую полость гидрозамка подать давление управления, то поршень с толкателем переместятся влево, толкатель отожмет запорно-регулирующий элемент от седла, и жидкость будет проходить через открытое рабочее окно независимо от направления ее движения.

Условное обозначение одностороннего гидрозамка показано на рис. 6.17,б.

Односторонние гидрозамки широко применяются в системах гидроавтоматики. В качестве примера на рис. 6.17,в приведена схема автомата разгрузки насоса постоянной подачи, работающего в гидросистеме с периодическим (эпизодическим) потреблением жидкости. Основным элементом автомата разгрузки является односторонний гидрозамок.

При работе насоса и отсутствии потребления жидкости заряжается аккумулятор. Когда давление в аккумуляторе достигнет некоторого значения pд max, определяющегося силой поджатия пружины гидрозамка, его поршень переместится влево и своим толкателем откроет обратный клапан гидрозамка, соединив насос со сливной гидролинией. Давление на выходе насоса pн понизится до давления слива, и насос будет работать практически на холостом ходу. Аккумулятор при этом отключен от насоса обратным клапаном, стоящим в гидролинии нагнетания. Если в результате потребления рабочей жидкости или постепенных утечек давление в аккумуляторе понизится до величины pд min, пружина толкателя гидрозамка вернет поршень в крайнее правое положение и обратный клапан гидрозамка отсоединит напорную гидролинию от гидролинии слива. Давление на выходе насоса возрастет, и аккумулятор будет вновь заряжаться.

Следует отметить, что пока давление в гидроаккумуляторе находится в диапазоне от pд max до pд min, насос разгружен от рабочего давления. Величина этого диапазона обусловлена тем, что при разгрузке насоса давление преодолевает как суммарное усилие пружин, так и силу давления на выходе насоса pн, которая прижимает запорно-регулирующий элемент клапана к седлу, а при подключении насоса закрытие гидрозамка происходит только под действием пружин (давление на выходе насоса в этот мо-

мент равно давлению слива).

Кроме односторонних, достаточно часто используются двухсторонние гидрозамки (рис. 6.18,а). Условное обозначение двухстороннего гидрозамка приведено на рис. 6.18,б.

Рассмотрим работу двухстороннего гидрозамка в гидросистеме, схема которой приведена на рис. 6.18,в.

Здесь двусторонний гидрозамок используется для запирания полостей гидроцилиндра при наличии активной помогающей или противодействующей нагрузки на его штоке. Необходимость этого возникает, когда, на-

172

пример, по технике безопасности недопустимо самопроизвольное движение поршня гидроцилиндра под действием внешней нагрузки. Эта проблема не может быть решена только при помощи золотникового гидрораспределителя, который в нейтральной позиции не обеспечивает требуемой герметичности. При отсутствии гидрозамка активная нагрузка (например, вес груза) на штоке поршня вызывает движение поршня из-за утечек в золотниковом распределителе.

в)

Рис. 6.18. Двухсторонний гидрозамок: а) конструктивная схема; б) условное обозначение; в) пример использования

При использовании двухстороннего гидрозамка гидролинии 2 и 3 подсоединяются к гидрораспределителю, а гидролинии 1 и 4 – к рабочим полостям гидроцилиндра. Если золотниковый распределитель находится в нейтральном положении, а к штоку поршня приложена односторонняя нагрузка F, то в результате повышения давления в одной из полостей гидроцилиндра в зависимости от знака нагрузки один из обратных клапанов под действием этого давления закроется и запрет соответствующую рабочую полость гидроцилиндра. При смещении гидрораспределителя из нейтральной позиции повышается давление в соответствующей гидролинии (2 или 3), поршень гидрозамка смещается в сторону, и его толкатель отодвинет от

173

седла один из запорно-регулирующих элементов, другой запорно-регули- рующий элемент открывается потоком жидкости. Поршень гидроцилиндра будет двигаться в ту или иную сторону под действием жидкости в зависимости от направления смещения гидрораспределителя.

К основным параметрам гидрозамка (ГОСТ 16517-82*) относятся: условный проход Dy, максимальное рабочее давление pном, давление управления pу, потери давления при номинальном расходе, масса (без рабочей жидкости).

Гидроклапан последовательности – это направляющий гидроаппа-

рат, предназначенный для пропускания или остановки потока рабочей жидкости при достижении заданной величины давления в этом потоке или в некотором постороннем потоке.

Примеры конструктивных схем гидроклапанов последовательности, выполняющих отмеченные выше функции, приведены на рис. 6.19,а и в. Соответствующие условные обозначения этих двух вариантов гидроклапана последовательности приведены на рис. 6.19,б и г.

Рис. 6.19. Гидроклапаны последовательности: а) с управлением от давления в подводимом потоке;

б) его условное обозначение; в) с управлением от давления в постороннем потоке; г) его условное обозначение

Обычно такие гидроклапаны имеют подпружиненный золотниковый запорно-регулирующий элемент (см. рис. 6.19,а и в). Если давление управления клапаном (давление в подводимом потоке или давление pупр) меньше заданной величины, то запорно-регулирующий элемент под действием пружины смещен в крайнее нижнее положение, и на выходе из клапана поток рабочей жидкости отсутствует. При достижении в потоке управления

174

значения давления, равного заданной величине, запорно-регулирующий элемент под действием этого давления перемещается в крайнее верхнее положение, обеспечивая появление потока рабочей жидкости на выходе из клапана.

Гидроклапаны последовательности с управлением от давления в подводимом потоке (см. рис. 6.19,а) могут снабжаться обратным гидроклапаном, через который обеспечивается сброс давления из гидролинии на выходе из клапана в подводимый поток при снятии в нем давления. Они могут иметь также гидродроссель в канале, соединяющем торцевую полость управления золотником с подводимым потоком. При этом уменьшается скорость перемещения золотника и предотвращается возможность возникновения гидравлического удара в трубопроводе.

Гидроклапан последовательности иногда еще называют реле давления с гидравлическим выходом. Однако в технике под реле давления обычно понимают устройство, сигнал о достижении заданной величины давления в потоке жидкости с которого поступает либо в виде механического перемещения выходного звена, либо в виде электрического сигнала. Поэтому чаще реле давления выполняют в виде устройства, содержащего миниатюрный гидродвигатель одностороннего действия с возвратно-поступа- тельным перемещением выходного звена (гидроцилиндр, мембранный или сильфонный гидродвигатель). Выходное звено гидродвигателя в одну сторону перемещается под действием давления жидкости, а в другую возвращается под действием возвратной пружины или под действием упругих свойств стенок сильфона. Если реле давления имеет электрический выход, то в конце хода выходного звена гидродвигателя ставят нормально разомкнутые контакты, которые при достижении заданного уровня давления в потоке жидкости замыкаются, и реле давления выдает соответствующий электрический сигнал.

Гидроклапан выдержки времени – это направляющий гидроаппарат, предназначенный для пропускания или остановки потока рабочей жидкости в отводимой гидролинии через определенный промежуток времени после подачи управляющего сигнала.

Например, необходимо осуществить выдержку по времени между двумя следующими одно за другим движениями выходных звеньев исполнительных гидродвигателей.

Такая задача может быть решена, если воспользоваться одним из простейших гидроклапанов выдержки времени, конструктивные схемы которых приведены на рис. 6.20.

На рис 6.20,а приведена конструкция гидроклапана выдержки времени с управлением от давления в постороннем потоке жидкости. В его корпусе 4 расположен запорно-регулирующий элемент 3, который при отсутствии давления pупр смещается вверх под действием пружины 5. Жидкость из верхней торцевой управляющей полости при этом вытесняется на слив через вспомогательный направляющий гидрораспределитель 1.

175

pп

а)

б)

Рис. 6.20. Гидроклапан выдержки времени:

а) с управлением от давления в постороннем потоке; б) с управлением от давления в подводимом потоке

При поступлении сигнала управления в виде давления pупр золотник вспомогательного распределителя 1, преодолевая силу пружины, переключается, и рабочая жидкость под давлением управления pупр через регулируемый гидродроссель 2 начинает заполнять управляющую полость над запорнорегулирующем элементом 3, перемещая его в крайнее нижнее положение против действия пружины 5. Время перемещения запорно-регулирующего элемента 3 из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее и является тем временем выдержки, которое обеспечивает клапан. После того, как запорнорегулирующий элемент 3 переместится в крайнее нижнее положение, подводимый поток Р перестанет поступать в гидролинию А и начнет поступать в гидролинию В. Таким образом, будет выполнена требуемая от гидроклапана выдержки времени функция, упомянутая в его определении.

При снятии сигнала pупр распределитель 1 под действием своей пружины переключается в исходное положение, соединяя управляющая полость над запорно-регулирующим элементом 3 со сливом. После этого за- порно-регулирующий элемент 3 под действием пружины 5 возвращается в крайнее верхнее положение. Теперь гидроклапан выдержки времени снова готов к работе.

На рис. 6.20,б приведена конструктивная схема гидроклапана выдержки времени с управлением от давления в подводимом потоке. Этот клапан обеспечивает выдержку времени, начиная с момента появления

176

давления в подводимом потоке до момента появления потока жидкости на выходе из клапана (в отводимой гидролинии). В отличие от клапана, рассмотренного выше, здесь готовность клапана к работе характеризуется положением запорно-регулирующего элемента 3 в крайнем левом положении. Это обеспечивается при условии отсутствия давления в подводимом потоке жидкости (гидролинии Р) за счет дополнительного постороннего потока жидкости с давлением подпора pп, поступающего через направляющий гидрораспределитель 1 в правую торцевую полость клапана. Величина давления pп должна гарантировать перемещение запорнорегулирующего элемента 3 в крайнее левое положение при отсутствии давления в подводимом потоке жидкости.

В момент появления давления в подводимом потоке происходит перемещение золотника гидрораспределителя 1 так, что перекрывается дополнительный поток жидкости и открывается канал, по которому жидкость из правой торцевой полости клапана через регулируемый гидродроссель 2 сливается в бак. После этого запорно-регулирующий элемент 3 под действием пружины 5 начинает движение вправо. Временем выдержки является время, начиная с этого момента до прихода запорно-регулирующего элемента 3 в крайнее правое положение, когда происходит соединение гидролинии Р с гидролинией А, и появляется поток на выходе из клапана.

Время выдержки в таких простых по конструкции гидроклапанах обычно не превышает 300 с. Минимальное значение этого времени состав-

ляет 0,5…1 с.

Время выдержки определяется как отношение объема управляющей полости клапана к расходу, проходящему через регулируемый гидродроссель 2, а следовательно, зависит от величины площади проходного сечения этого гидродросселя. При этом точность задания величины выдержки времени невысока. Причин для этого несколько. Одной из них является зависимость расхода через регулируемый дроссель 2 от температуры рабочей жидкости. Кроме того, перепад давления на гидродросселе 2 не является постоянным, а зависит от силы пружины 5, т.е. от положения запорнорегулирующего элемента 3. Так, в момент подачи управляющего сигнала pупр (см. рис. 6.20,а) в начальный момент времени скорость движения за- порно-регулирующего элемента 3 будет больше, чем его скорость в конце хода, так как сила пружины 5 постепенно возрастает. Это приводит к увеличению давления в полости управления клапана, к уменьшению перепада давления на регулируемом дросселе 2 и, следовательно, к уменьшению через него расхода. Скорость запорно-регулирующего элемента 3 зависит также и от сил трения его о корпус 4.

Для расширения диапазона выдержки времени и повышения точности срабатывания гидроклапанов выдержки времени необходимо стабилизировать расход рабочей жидкости, проходящий через гидродроссель 2. Для этого вместо регулируемых гидродросселей рекомендуется использовать гидравлические регуляторы расхода.

177

6.5. Направляющие гидрораспределители

Гидрораспределителем называется гидроаппарат, предназначенный для изменения направления потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях в зависимости от внешнего управляющего воздействия.

Гидрораспределители бывают направляющими и дросселирующими.

Направляющим гидрораспределителем называется направляющий гидроаппарат, предназначенный для пуска, остановки или изменения направления потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях в зависимости от наличия внешнего управляющего воздействия.

Гидрораспределители делятся:

•по конструкции запорно-регулирующего элемента на золотнико-

вые (с цилиндрическим или плоским золотником), крановые и клапанные;

•по числу внешних гидролиний на двухлинейные, трехлинейные, четырехлинейные и т. д.;

•по числу фиксированных или характерных позиций запорно-регу-

лирующего элемента на двухпозиционные, трехпозиционные и т. д.;

•по виду управления на распределители с ручным, механическим, электрическим, гидравлическим и другими видами управления;

•по числу запорно-регулирующих элементов на одноступенчатые,

двухступенчатые и т.д.

В условном обозначении гидрораспределителя (примеры см. на рис. 6.21) указывают следующие элементы: позиции запорно-регулирую- щего элемента; внешние линии связи, подводимые к распределителю; проходы (каналы) и элементы управления (ГОСТ 2.871–68*).

Число позиций изображают соответствующим числом квадратов (прямоугольников).

Проходы изображают прямыми линиями со стрелками, показывающими направление потоков рабочей жидкости в каждой позиции, а места соединений проходов выделяют точками; закрытый проход изображают тупиковой линией с поперечной черточкой.

Внешние линии связи подводят только к исходной позиции.

Виды управления распределителями указывают соответствующими знаками, примыкающими к торцам обозначения распределителя.

178

Рис. 6.21. Условные обозначения направляющих гидрораспределителей: а) двухлинейный двухпозиционный гидрораспределитель (2/2) с ручным управлением; б) двухлинейный двухпозиционный гидрораспределитель (2/2) с гидравлическим управлением; в) трехлинейный двухпозиционный гидрораспределитель (3/2) с управлением от кулачка;

г) четырехлинейный трехпозиционный гидрораспределитель (4/3) с управлением от электромагнитов

Правило чтения условного графического обозначения гидрораспределителя следующее: чтобы представить работу гидрораспределителя в некоторой рабочей позиции по условному обозначению, необходимо мысленно передвинуть соответствующий этой позиции квадрат обозначения на место квадрата исходной позиции, оставляя линии связи в прежнем положении. Тогда истинные направления потока рабочей жидкости укажут стрелки, имеющиеся в этом квадрате.

Условные графические обозначения едины для золотниковых, крановых и клапанных гидрораспределителей, т.е. условное обозначение не отражает конструкцию их запорно-регулирующих элементов.

Кроме графических обозначений гидрораспределителей, установлены также цифровые обозначения в виде дроби: в числителе указывают число подведенных к гидрораспределителю внешних гидролиний, в знаменателе – число его рабочих (характерных) позиций. Например, четырехлинейный трехпозиционный гидрораспределитель обозначают дробью 4/3 (рис. 6.21,г).

Запорно-регулирующие элементы (золотник, кран, клапан) в направляющих гидрораспределителях всегда занимают фиксированные позиции по принципу "полностью открыто или полностью закрыто". Поэтому направляющий гидрораспределитель практически не изменяет величину давления и расхода в потоке рабочей жидкости, проходящем через него.

На рис. 6.22 приведена конструкция направляющего золотникового гидрораспределителя типа ПГ74-24М [17] с ручным управлением. Распределитель состоит из корпуса 7, цилиндрического золотника 8, рукоятки 4 с осью 3 и пальцем 2, крышек 1 и 9 и уплотнений. В центральном отверстии корпуса 7 выполнены пять кольцевых расточек, образующие полости Р, T1, T2, А и В, которые сообщаются каналами с входными отверстиями. Полости T1 и T2 (сливные) соединены каналом Д. Золотник 8, располагающийся в этом центральном отверстии корпуса 7, имеет три цилиндрических пояска, которые перекрывают соответствующие цилиндрические

179

расточки корпуса. Каналами, выполненными в корпусе 7 и крышках 1 и 9, торцевые полости распределителя соединены с дренажной гидролинией. Шарик 5 пружиной 6 прижимается к втулке 10, обеспечивая фиксацию золотника в рабочих позициях.

Рис. 6.22. Направляющий золотниковый гидрораспределитель 4/3 типа ПГ74-24М с ручным управлением: а) в исходной (нейтральной) позиции; б) при сдвиге золотника вправо; в) условное обозначение гидрораспределителя с подключенным гидроцилиндром

Принцип работы распределителя следующий. В исходной позиции все проходные сечения в гидрораспределителе перекрыты. При смещении золотника, например, вправо в позицию I (рис. 6.22, б и в), напорная полость Р распределителя соединяется с полостью А, и поток жидкости под давлением поступает на выход распределителя и далее, например, в поршневую полость гидроцилиндра Ц (рис. 6.22,в). При этом полость В распределителя, и штоковая полость гидроцилиндра Ц (рис. 6.22,в), через золотник соединяется с полостью Т 2, т.е. со сливом. При этом поршень гидроцилиндра Ц будет двигаться вправо.

При смещении золотника из нейтрали влево, т. е. при переключении гидрораспределителя в позицию II (рис. 6.22,в), направление потока жидкости изменяется: полость Р (рис. 6.22,а) соединяется с полостью В, а полость А с полостью Т1. При этом поршень гидроцилиндра Ц будет двигаться влево.

Электрическое управление в направляющих распределителях применяется при условных проходах Dy ≤ 10 мм, так как у управляющих электромагнитов обычно ограничены величина тягового усилия и ход. Для

180