При повышении редуцированного давления сверх заданного значения сила давления жидкости на поршень 3 увеличивается настолько, что он, перемещаясь вправо (рис. 20, в), отходит от конусной иглы клапана 1, в результате конусный грибок этого клапана сядет в свое гнездо корпуса 2, а между иглой клапана и седлом поршня 3 при дальнейшем его перемещении образуется зазор, через который жидкость из камеры а редуцированного давления поступает на слив. В этом случае редуктор действует в качестве предохранительного клапана системы потребителя (системы редуцированного давления).

Двухступенчатые редукционные клапаны

Для повышения стабильности редуцированного давления применяют редукционные клапаны непрямого (двухступенчатого) действия (рис. 21). Этот клапан состоит из подвижного конусного затвора 1, второй конец которого выполнен в виде поршенька 2. При условии равенства диаметров поршенька d₁ и гнезда d₂ конусного затвора и у 0 входное давление рн, действующее на затвор, уравновешивается. Кроме того, поскольку камера a выходного (редуцированного) давления р_ред соединена через дроссельное отверстие b с камерой с, при d₁ = d₂ также уравновешивается сила выходного давления р_ред, действующая на затвор).

При повышении выходного давления р_ред сверх расчетного значения шариковый клапан 3 приоткроется, в результате давление в камере с понизится и создастся перепад давления между камерами а и с, под действием которого затвор 1 переместится вверх, уменьшая при этом зазор у а следовательно, снижая расход жидкости в камеру а. В результате давление р_ред снизится до заданного значения, при достижении которого шариковый клапан 3 вновь закроется, а конусно-поршневой затвор 1 будет находиться в состоянии динамического равновесия под действием давления р_ред жидкости.

Рис. 21. Двухступенчатый редукционный клапан

Если выходное давление р_ред в камере а понизится ниже расчетного значения, то зазор у под действием пружины, действующей на затвор, увеличится, и давление в камере восстановится, повысившись до прежнего значения.

Таким образом, расход через шариковый клапан 3, определяемый сопротивлением дроссельного отверстия b, не зависит от расхода через зазор у, образованный седлом клапана и конусным затвором 1.

Клапан обеспечивает высокую стабильность величины р₁ практически независимо от входного давления р_н и расхода жидкости из камеры а.

Редукционный двухкаскадный клапан по Гост 21129-75 (рис. 22) состоят из основного и вспомогательного клапанов. Основной клапан содержит корпус 2, гильзу 3, дифференциальный золотник 4, пружину 5, крышки 1 и 6 и уплотнения. В корпусе 2 имеется напорная полость Р, полость А редуцированного давления рред и торцовые полости Г к И. Полость Г соединена с полостью А каналом Д, выполненным внутри золотника 4. Полость И соединена с полостью А малым отверстием (дросселем) Ж, а с вспомогательным клапаном -- каналом К.

Основной клапан является нормально открытым, т. е. при его работе всегда образуется дросселирующая щель между рабочими кромками гильзы 3 и золотника 4.

Вспомогательный клапан состоит из корпуса 7, седла 8, конического клапана 9, пружины 10 и уплотнений. Усилие пружины 10 регулируется винтом 11. Вспомогательный клапан выполняет функцию переливного -- поддерживает в полости Я постоянное давление путем непрерывного слива жидкости (Q = 1 ... 2 л/мин). Полость Л корпуса 7 соединена со сливной линией Т.

Принцип работы клапана следующий. Рабочая жидкость под высоким давлением поступает в полость С и через дросселирующую щель попадает в полость А. В результате дросселирования через щель давление жидкости понижается до установленного значения.

При увеличении давления Рпед выше установленного давление в полости Г увеличивается. Под действием перепада давлений на торцовых поверхностях золотник перемещается влево и сжимает пружину 5. Дросселирующая щель при этом уменьшается, а следовательно, уменьшается и рред до установленного значения. При уменьшении давления р_ред по сравнению с установленным значением пружина 5 смещает золотник вправо, уменьшая дросселирование жидкости. В результате этого давление р_ред увеличивается до установленного значения.

При необходимости полость И через клапан X может быть соединена со сливной линией при помощи внешнего распределителя. При этом давление р_ред уменьшается до минимального значения.

Рис. 22. Редукционный клапан непрямого действия

ГИДРОАППАРАТЫ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ

К гидроаппаратам управления расходом относятся регулируемые дроссели, регуляторы расхода и синхронизаторы расходов.

Дросселем называется гидроаппарат управления расходом, предназначенный для создания сопротивления потоку рабочей жидкости. Регулируемые дроссели применяют в гидроприводах для управления скоростью движения выходных, звеньев гидродвигателей. Различают дроссели с золотниковыми и крановыми запорно-регулирующими элементами.

В дросселе с золотником (рис. 23) рабочее проходное сечение (дросселирующая щель) создается между кромками расточки корпуса 1 и золотника 2.

Рис. 23, 24

Для изменения площади рабочего проходного сечения дросселя необходимо переместить золотник в осевом направлении.

В дросселе о крановым запорно-регулирующим элементом (рис. 23, б) проходное сечение создается между расточкой корпуса / и узкой щелью, выполненной в полом кране 3. Для изменения площади рабочего проходного сечения дросселя необходимо повернуть кран в ту или иную сторону.

На рис. 24 приведена конструкция дросселя типа ПГ77-1 [6], состоящего из корпуса 1, втулки 2, втулки-дросселя 3, винта 4, валика 6, лимба 8, контргайки 7, пробки 11, пружины 10, указателя оборотов 5 и штифта 9.

Принцип работы дросселя следующий. Рабочая жидкость подводится в полость С (подвод), проходит через дросселирующую щель, образованную острыми кромками фасонного отверстия треугольной формы во втулке 2 и торца втулки-дросселя 3 (вид Б), и отводится из полости А (отвод). Расход регулируется путем осевого перемещения втулки-дросселя 3 с помощью винта 4 в одну сторону и пружины 10 -- в противоположную. Винт поворачивается от лимба 8 через валик 6. Полному осевому перемещению втулки-дросселя соответствуют четыре оборота лимба. После каждого полного оборота лимб с помощью штифта 9 поворачивает на 1/4 оборота указатель 5, на торце которого имеются цифры 1….4, самопроизвольный поворот указателя предотвращает шариковый пружинный фиксатор.

Расход (м³/с) жидкости через дроссель

Q_др =S_др2Дс/ (8)

где м -- коэффициент расхода (м = 0,6 ... 0,7);

S_др--площадь рабочего проходного сечения, м²;

с -- плотность рабочей жидкости, кг/см³;

Дс -- перепад давлений жидкости, МПа.

Из формулы (8) видно, что расход жидкости через дроссель при прочих равных условиях зависит не только от площади рабочего проходного сечения, но и от перепада давлений. Чем меньше перепад давлений Дс, тем меньше расход Q_др, и наоборот. Так как перепад давлений зависит от нагрузки, приложенной к выходному звену гидродвигателя, то при переменной нагрузке нельзя получить с помощью одного только дросселя постоянный расход и, следовательно, стабильную скорость выходного звена гидродвигателя. Поэтому в гидроприводах с дроссельным управлением применяют регуляторы расхода.

Регулятором расхода называется гидроаппарат управления расходом, предназначенный для поддержания заданного значения расхода независимо от перепада давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости.

Конструктивно регуляторы расхода представляют собой блоки, состоящие из регулируемого дросселя и клапана. При помощи дросселя, как правило, управляют расходом рабочей жидкости, а при помощи клапана автоматически обеспечивают постоянный перепад давлений на дросселе. Клапаны, входящие в состав регуляторов расхода, могут быть включены о дросселем как последовательно, так и параллельно.

Регулятор расхода типа МПГ55-2 (рис. 25) состоит из корпуса 1, деталей регулируемого дросселя типа ПГ77-1 (втулки 2, втулки-дросселя 3, винта 4, валика б, лимба 8, контргайки 7, пробки 11, пружины 10, указателя оборотов 5 и штифта 9) и деталей редукционного клапана (втулки 14, золотника 15, пружины /3 и пробок 12) 16].

Принцип работы регулятора расхода следующий. Рабочая жидкость поступает в отверстие С (подвод) и далее через отверстие К во втулке 14, частично перекрытые рабочей кромкой золотника 15, и отверстие Ж в этой же втулке к дросселирующей щели втулки 2, а затем к отверстию А (отводу). Золотник 15 находится в равновесии под действием усилия пружины 13 и сил давления жидкости в его торцовых полостях E и Л, соединенных с полостью И входа в дросселирующую щель, а также от давления в полости Д, соединенной с выходом из дросселирующей щели с помощью канала в корпусе (на рисунке показан штриховой линией).

При осевых перемещениях золотника изменяется гидравлическое сопротивление отверстий К, благодаря чему давление р₁ на входе в дросселирующую щель понижается по сравнению с давлением в напорной линии.

Рис. 25

Уравнение равновесия сил, действующих на золотник, в статическом состоянии имеет вид

р₁ (F₁ + F₂ ) = р₂(F + F_np),

где F₁ F₂ F -- площади торцовых поверхностей золотника в полостях Д, Е и Л соответственно;

р₂ -- давление на выходе из дросселирующей щели;

F_np -- усилие пружины 13.

Учитывая, что F₁ + F₂ =F и р₁ - р₂ = Дp (Дp -- перепад давлений на дросселирующей щели), получаем Дp = F_np / F =const, так как ход золотника 15 мал и изменение Fnp незначительно.

При увеличении Дс золотник смещается вправо, при уменьшении -- влево, автоматически стабилизируя перепад Дp = (0,2 ... 0,25) МПа и поддерживая постоянство установленного расхода в широком диапазоне изменений давления в отверстиях С и Л при условии, что разность между этими давлениями не ниже 0,5 МПа. Изменение расхода осуществляется так же, как в дросселях типа ПГ77-1 поворотом лимба 8.

К основным параметрам дросселей и регуляторов расхода (ГОСТ 16517--82*) относятся условный проход; номинальное давление на входе; максимальное давление на выходе; номинальный и максимальный расход жидкости; масса (без рабочей жидкости); зависимость перепада давлений от расхода [Дp =f(Q)].

Синхронизатором расходов называется гидроаппарат управления расходом, предназначенный для поддержания заданного соотношения расходов рабочей жидкости в двух или нескольких параллельных каналах. Синхронизаторы расходов в зависимости от места их установки в гидросистемах разделяют на делители и сумматоры потоков.

Делители потока предназначены для разделения одного потока рабочей жидкости на два. Их устанавливают последовательно в напорной линии. Сумматоры потоков устанавливают в гидросистемах для соединения двух потоков рабочей жидкости в один.

По принципу действия синхронизаторы расходов разделяют на объемные (дозирование потоков) и дросселирующие. Наибольшее распространение в гидроприводах получили дросселирующие синхронизаторы, в которых синхронизация расходов происходит вследствие дросселирования потоков рабочей жидкости.

Дросселирующий делитель потока типа КД (рис. 26, а) состоит из корпуса 4, делительного золотника 2 со специальными диафрагмами 1, уравнительного золотника 3 и пробок 5 и б [6].

Принцип работы делителя потока следующий. При равном давлении рабочей жидкости в отводящих линиях Л и в золотники 2 и 3 находятся в средних положениях, перепады давлений на диафрагмах одинаковы, и поток рабочей жидкости из подводящего отверстия Р, разделяясь на две равные части, поступает в отводящие линии Л и В. Если давление в одной из отводящих линий (например, в линии В) увеличивается, то возрастает давление и в правой торцовой полости золотника 3. Под действием перепада давлений золотник 3 смещается влево, увеличивая сопротивление дросселирующей щели Щ1 и уменьшая сопротивление щели Щ2 до тех пор, пока давления на выходе из диафрагмы 1 не станут опять равными. При этом возможные погрешности деления компенсируются за счет дополнительного осевого смещения золотника 2, имеющего дросселирование потока жидкости в щелях ЩЗ и Щ4. Во время работы делителя потока золотник 2 , вращается под действием потока жидкости, проходящей через тангенциальные отверстия 7.

На рис. 4.19, б показана схема подключения делителя потока к двум гидроцилиндрам Ц1 и Ц2.

Основными параметрами дросселирующих делителей потока (ГОСТ 16517--82*) являются условный проход; номинальное давление на входе; максимальное давление на выходе; номинальный и максимальный расходы жидкости; погрешность деления расхода; масса (без рабочей жидкости).

Рис. 26. Дросселирующий делитель потока типа КД

ДРОССЕЛИРУЮЩИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ

Дросселирующим распределителем называется регулирующий гидроаппарат, предназначенный для управления расходом и направлением потока рабочей жидкости в нескольких гидролиниях одновременно в соответствии с изменением внешнего управляющего воздействия. Запорно-регулирующий элемент дросселирующего распределителя может занимать бесконечное множество промежуточных рабочих положений, образуя дросселирующие щели. Чем больше значение внешнего управляющего сигнала, тем больше площадь рабочего проходного сечения (щель).

Основные правила построения условных графических обозначений направляющих распределителей, изложенные в п. 4.3, распространяются и на дросселирующие распределители. Однако в их условном графическом обозначении имеется отличительная особенность -- рядом с обозначением проводятся две дополнительные параллельные линии (над обозначением и под ним), обозначающие как бы бесчисленное множество промежутков позиций запорно-регулирующего элемента (см. рис. 26, в).

В гидроприводах с дроссельным управлением применяют дросселирующие золотниковые (с цилиндрическим и реже -- с плоским золотником), а также крановые распределители. Дросселирующие распределители с электрическим управлением и условными проходами D_у < 10 мм используют как самостоятельные функциональные гидроустройства.

Рис. 26. Дросселирующий золотниковый распределитель 4/3 с управлением от электромагнитов

Дросселирующие распределители с большим расходом входят в состав двухкаскадных электрогидравлических усилителей (ЭГУ) мощности (см. гл. 6).

На рис. 26, б показана конструкция дросселирующего золотникового распределителя 4/3 с цилиндрическим золотником 2 и электрическим пропорциональным управлением от двух электромагнитов ЭМ1 и ЭМ2. В корпусе 1 распределителя имеются пять цилиндрических расточек с острыми кромками. Эти расточки внутренними каналами соединены с отверстиями: центральная -- с Р; две крайние -- с Т и две рабочие -- с отверстиями А к В, предназначенными для присоединения распределителя к гидродвигателю, например к гидроцилиндру Ц. Золотник 2 имеет три цилиндрических пояска; он вставлен в центральную расточку корпуса 1 с радиальным зазором 4 ... 10 мкм. Рабочие проходные сечения (дросселирующие щели) в распределителе возникают при осевом перемещении золотника между кромками цилиндрических расточек корпуса 1 и цилиндрических поясков золотника 2. По конструкции распределитель является двухщелевым. Это значит, что при осевом смещении золотника в любую сторону из нулевой позиции создаются две дросселирующие щели, одна на входе (в, рис. 26, б), другая на выходе (г). .

Принцип работы распределителя следующий. При выключенных электромагнитах золотник распределителя находится в исходной нулевой позиции. При этом все проходы в распределителе перекрыты. При включении одного из электромагнитов, например ЭМ1, золотник перемещается вправо в позицию 1 (рис. 26, б, в); рабочая жидкость поступает из отверстия Р в отверстие А через дросселирующую щель (в) на входе. При этом происходит дросселирование жидкости. От распределителя. жидкость поступает, например, в поршневую полость цилиндра Ц; его поршень вместе со штоком перемещается вправо под действием силы давления; жидкость вытесняется из штоковой полости гидроцилиндра Ц, поступает в отверстие В распределителя, затем дросселируется через второе рабочее проходное сечение (дросселирующую щель г) на выходе и поступает через отверстие Т на слив. После включения электромагнита ЭМ1 золотник под действием пружин электромагнитов возвращается в нулевую позицию.

При подаче пропорционального электрического сигнала управления на электромагнит золотник распределителя перемещается влево в рабочую позицию //. При этом рабочая жидкость дросселируется через щели и поступает из отверстия С в отверстие В и из отверстия А через отверстие Т на слив. В гидроцилиндре Ц изменяется направление движения поршня.

Рис. 27. Схемы перекрытий рабочих окон в золотниковых распределителях и их статические характеристики

Для уменьшения сил трения и устранения облитерации (заращивания) дросселирующих щелей в золотниковых распределителях цилиндрическим золотникам сообщают возвратно-поступательные или поворотные вибрационные колебания небольшой амплитуды (10 ... 100 мкм) и высокой частоты (f> 50 Гц) при помощи механических вибраторов или электромеханических средств.

На рис. 27 показаны схемы перекрытий рабочих окон в золотниковых распределителях. В зависимости от ширины bz цилиндрического пояска золотника и ширины b₁цилиндрической расточки корпуса различают распределители с нулевым (b₁= b₂), положительным (b₂> b₁) и отрицательным (b₂< b₁) перекрытиями. Распределители с положительным перекрытием (рис. 4.21, б) имеют меньшие утечки рабочей жидкости, но большие зоны нечувствительности b₁ и b₂ . Распределители с отрицательными перекрытиями (проточные) имеют повышенные утечки рабочей жидкости, но они более чувствительны к входным сигналам.

Расход жидкости через золотниковый распределитель определяют по формуле

Q =bnx(2Дp/с), (9)

где м--коэффициент расхода,

м·= 0,61 ...0,65;

b -- ширина окна золотника;

з -- число напорных окон распределителя;

x -- смещение золотника, м;

Дp -- перепад давлений в щели распределителя, Па;

с -- плотность жидкости, кт/м³.

Скорость жидкости в каналах распределителя обычно составляет 10 ... 15 м/с.

Основными преимуществами золотниковых распределителей являются их компактность и разгруженность от осевых сил давления рабочей жидкости. Вследствие этого для управления распределителем требуются значительно меньшие усилия, чём для дросселей. При определении необходимого усилия управления распределителем следует, кроме сил инерции и трения, учитывать осевую гидродинамическую силу, возникающую вследствие дросселирования жидкости в окне распределителя и направленную в сторону, противоположную направлению скорости дросселируемого потока жидкости, т.е. гидродинамическая сила стремится сместить золотник к нулевому положению. Гидродинамическую силу (Н) в одной щели распределителя определяют по эмпирической формуле [61

F_0гд = 0,324QДp, (4.10)

где Q -- в л/мин;

Дp -- в МПа.

Для уменьшения гидродинамической силы проводят различные конструктивные мероприятия (профилирование каналов золотников и втулок и т. п.).

Распределители с плоскими золотниками отличаются от распределителей с цилиндрическими золотниками простотой изготовления (доступность обработки и контроля плоских поверхностей) и повышенной надежностью из-за наличия гарантированного зазора между плоским золотником и основаниями. На рис. 28, а показана конструкция дросселирующего распределителя о плоским золотником и гидравлической разгрузкой. Плоский золотник 3 распределителя закреплен на двух плоских пружинах 2 и 7 и расположен между двумя неподвижными основаниями 1 и 4. Золотник выполнен в виде пластины, в которой имеются два рабочих цилиндрических отверстия и одно центральное отверстие. В основания I и 4 запрессованы четыре дросселирующие втулки 5, 6, 8 и 9. В основаниях на сторонах, обращенных к золотнику, профрезерованы пазы для слива рабочей жидкости. Участки пазов, расположенные между втулками, образуют нижнюю В и верхнюю Г напорные полости.

Рис. 28. Дросселирующий распределитель 4/3 с плоским золотником и гидравлической разгрузкой

Рабочие проходные сечения (рис. 4.20, б) в распределителе образуются острыми кромками рабочих цилиндрических отверстий золотника и острыми кромками дросселирующих втулок. Рассматриваемый распределитель является четырехщелевым. Принцип его работы следующий. При соединении полости В с напорной линией гидросистемы в исходной позиции (рис. 28, а) рабочая жидкость под давлением через центральное отверстие золотника попадает в полость Г. Благодаря наличию двух полостей в и Г на золотник действуют одновременно две силы давления: одна снизу вверх, а другая сверху вниз. В результате плоский золотник 3 от гидравлических сил разгружен. При расположении золотника в исходной позиции все проходы закрыты.

При смещении золотника, например, вправо (позиция) (рис. 28, б) образуются рабочие проходные сечения (дросселирующие щели). Через две левые дросселирующие щели (снизу и сверху) рабочая жидкость под давлением подводится в полость А цилиндра. Поршень цилиндра под действием силы давления перемещается вправо и вытесняет рабочую жидкость из полости Б, которая поступает во втулки 8 и 6 и далее через две правые дросселирующие щели (снизу и сверху) сливается в корпус распределителя.

На рис. 29 показана схема кранового распределителя 4/3 с плоским краном 2, расположенным между двумя неподвижными основаниями 1 и 3. Кран поворачивается вокруг оси 4, Напорная полость С образована пазом между двумя втулками 5 и б, которые запрессованы в нижнее основание 1. Такая же напорная полость имеется в верхнем основании 3. Напорная полость В соединяется с напорной линией гидросистемы. В напорную полость верхнего основания рабочая жидкость подводится через отверстие Д плоского крана. В нижнем и верхнем отверстиях имеются сливные цилиндрические пазы Т.

Плоский кран установлен в корпусе с гарантированным зазором, обеспечиваемым втулкой 5 между основаниями 1 и 3. Рассматриваемый распределитель четырехщелевой.

Принцип работы распределителя следующий. При положении плоского крана в исходной (нулевой) позиции все проходы перекрыты. При повороте крана 2 на некоторый угол создаются дросселирующие щели -- две на входе и две на выходе.

Рис. 29. Дросселирующий распределитель 4/3 с плоским краном

Через дросселирующую щель Ж рабочая жидкость из напорной полости С поступает во втулку 6, далее через отверстие А в поршневую полость цилиндра Ц (рис. 29, б). Рабочая жидкость, вытесняемая из штоковой полости цилиндра, поступает через отверстие В во втулку 5 и далее через рабочее проходное сечение Е по пазу Т сливается в бак. При работе распределителя снизу и сверху действуют одинаковые силы давления.

Размещено на Allbest.ru