Курс лекций по гидравлике. Курс лекций по гидравлике и гидромашинам 2011 Для бакалавров направления Технологическое образование
 Скачать 3.26 Mb.
|
|
8.9. Гидроаппаратура В гидроаппаратуру входят устройства, предназначенные для изменения или поддержания заданного постоянного давления или расхода рабочей жидкости, либо для изменения направления потока рабочей жидкости. Гидроаппаратура подразделяется на три основных типа: гидрораспределители, клапаны и дроссели. Гидрораспределители изменяют направление движения потоков в гидролинии посредством внешнего управляющего воздействия. Гидроклапаны – это устройства, способные менять проходное сечение потока жидкости, поддерживая давление в полостях гидросистемы в заданных пределах независимо от расхода. Дроссели – это регулирующие устройства, способные устанавливать определенную связь между перепадом давления на дросселе и расходом жидкости. 8.9.1. Гидрораспределители. Гидрораспределители различают по типу запорно–регулирующего элемента следующим образом: • Золотниковые гидрораспределители (запорно-регулирующим элементом является золотник цилиндрической или плоской формы). Изменение направления потока рабочей жидкости осуществляется путем осевого смещения запорно- регулирующего элемента. • Крановые гидрораспределители (запорно-регулирующим элементом служит кран). В этих гидрораспределителях изменение направления потока рабочей жидкости достигается поворотом пробки крана, имеющей плоскую, цилиндрическую, коническую или сферическую форму. • Клапанные гидрораспределители (запорно-регулирующим элементом является клапан). В клапанных распределителях изменение направления потока рабочей жидкости осуществляется путем последовательного открытия и закрытия рабочих проходных сечений клапанами (шариковыми, тарельчатыми, конусными и т.д.) различной конструкции. По числу фиксированных положений золотника гидрораспределители подразделяются: на двухпозиционные, трехпозиционные и многопозиционные. По управлениюгидрораспределители подразделяются на гидроаппараты с ручным, электромагнитным, гидравлическим или электрогидравлическим управлением. Крановые гидрораспределители используются чаще всего в качестве вспомогательных устройств в золотниковых распределителях с гидравлическим управлением. Золотниковые гидрораспределители. Запорно-регулирующим элементом золотниковых гидрораспределителей (рис.76 а) является цилиндрический золотник 1, который в зависимости от числа каналов (подводов) 3 в корпусе 2 может иметь один, два и более поясков. На схемах (рис.76 б) 95 гидрораспределители обозначают в виде подвижного элемента, на котором указываются линии связи, проходы и элементы управления. Рабочую позицию подвижного элементаизображают квадратом (прямоугольником), число позиций соответствует числу квадратов. а) б) Рис.76. Cхема (а) и обозначение (б) золотникового гидрораспределителя. Принцип работы распределителя показан на рис.77. В первой (исходной) позиции все линии А, В, Р и Т, подходящие к распределителю разобщены, т.е. перекрыты (рис.77а). При смещении золотника влево распределитель переходит во вторую позицию, в которой попарно соединены линии Р и А, В и Т (рис.77б). При смещении золотника вправо – в третью, где соединяются линии Р и В, А и Т (рис.77в). Такой распределитель часто называют реверсивным, так как он используется для остановки и изменения направления движения исполнительных органов. а) б) в) Рис.77. Схема работы золотникового гидрораспределителя В зависимости от числа подводов (линий, ходов) распределители могут быть двухходовые (двухлинейные); трехходовые (трехлинейные), четырех- и многоходовые. В соответствии с этим в обозначениях гидрораспределителей первая цифра говорит о числе подводов. Например, из обозначения гидрораспределителя «4/2» можно понять, что он 96 имеет 4 подвода, т.е. он четырехходовой (четырехлинейный). Вторая цифра в обозначении говорит о числе позиций. То же обозначение распределителя «4/2» говорит, что у него две позиции. Примеры обозначения распределителей приведены на рис.78. Рис.78. примеры обозначения типов распределителей Управление положением золотника распределителя может быть нескольких типов. В приводимой ниже таблице представлены условные обозначения типов привода золотника и соответствующие способы управления. Таблица Виды управления распределителями по типу привода Условные обозначения Описание Управление мускульной силой Без уточнения типа Ручное кнопкой Ручное рычагом Ручное поворотной рукояткой Ножное педалью Управление механическим воздействием От толкателя От ролика От пружины От ролика с ломающимся рычагом 97 Таблица (продолжение) Условные обозначения Описание Управление давлением Прямое гидравлическое нагружение Прямое гидравлическое разгружение За счет разности площадей Непрямое гидравлическое нагружение Непрямое гидравлическое разгружение Прямое пневматическое нагружение Электромагнитное управление От электромагнита Электрогидравлическое управление Электромагнитное И непрямое гидравлическое Электромагнитное ИЛИ непрямое гидравлическое Золотники гидрораспределителя могут выполняться в трех исполнениях (рис.79). Золотники с положительным осевым перекрытием (рис.79а) имеют ширину поясков b больше, чем ширину проточки c или диаметр рабочих окон в корпусе. При нейтральном положении золотника такого гидрораспределителя напорная гидролиния отделена от линий, соединяющих полости гидродвигателя и слива. Величина перекрытия П = (b–c)/2 зависит от диаметра золотника: при d = 10…12 мм перекрытие принимают равным 1…2 мм; при d до 25 мм – 3…5 мм; при d до 50 мм – 6…8 мм. Золотники с положительным осевым перекрытием позволяют фиксировать положение исполнительного механизма. Недостатком является наличие у них зоны нечувствительности, определяемой величиной осевого перекрытия: в пределах этой зоны при перемещении золотника расход жидкости через гидрораспределитель равен нулю, а 98 исполнительный механизм не движется, несмотря на подаваемый к золотнику сигнал управления. а) б) в) Рис.79. Конструктивные исполнения золотников Золотники с нулевым осевым перекрытием (рис.79б) имеют ширину пояска b равную ширине проточки c или диаметру рабочих окон, а осевое перекрытие П = 0. Такие золотники не имеют зоны нечувствительности и наилучшим образом удовлетворяют требованиям следящих гидросистем. Однако изготовление таких золотников связано со значительными технологическими трудностями. Золотники с отрицательным осевым перекрытием (рис.79в), у которых b < c; при нейтральном положении их напорная гидролиния соединена со сливом и с обеими полостями гидродвигателя. При этом жидкость через зазоры непрерывно поступает на слив, а в обеих полостях гидродвигателя устанавливается одинаковое давление. В гидрораспределителях с таким золотником зона нечувствительности сводится к минимуму, но из-за слива рабочей жидкости часть мощности теряется. Кроме этого, гидросистема с таким золотником будет иметь меньшую жесткость, так как из-за перетекания жидкости через начальные зазоры в золотнике будет переходить смещение исполнительного механизма при изменении преодолеваемой нагрузки. Крановые гидрораспределители В крановых гидрораспределителях изменение направления потока рабочей жидкости достигается поворотом пробки, имеющей плоскую, цилиндрическую, сферическую или коническую форму. На рис.80 показана схема включения распространенного кранового распределителя в систему управления силовым цилиндром. Пробка крана имеет два перпендикулярных, но не пересекающихся отверстия. Она может занимать два и больше угловых положения. 99 Рис.80. Схема кранового распределителя Герметичность кранового гидрораспределителя обеспечивается за счет притирки пробки к корпусу крана. Для кранов с цилиндрической пробкой зазор между пробкой и корпусом принимают равным 0,01…0,02 мм. В этих кранах вследствие износа пробки и корпуса зазор между ними, а следовательно, и утечка рабочей жидкости с течением времени увеличиваются, что является недостатком такого кранового распределителя. Такого недостатка нет в крановых гидрораспределителях с конической пробкой. Крановые гидрораспределители чаще всего применяют в качестве вспомогательных в золотниковых гидрораспределителях с гидравлическим управлением. Клапанные гидрораспределители В гидросистемах некоторых машин применяют также клапанные распределители, которые просты в изготовлении и надежны в эксплуатации, а также могут обеспечить высокую герметичность. Затворы клапанов приводят в действие ручными, механическими и электротехническими устройствами. Из ручных устройств наиболее распространены клапаны с качающимся рычагом, схема которого для питания одной полости гидродвигателя приведена на рис.81а. а) б) Рис. 81. Клапанные гидрораспределители В клапанном распределителе (рис.81 а) в нейтральном (среднем) положении качающегося рычага 1 оба клапана 2 и 3 гидродвигателя отсоединены как от канала a, связанного с насосом, так и от канала c, связанного с баком. При повороте рычага 1 вправо с гидродвигателем соединяется канал a насоса, при повороте влево – канал c бака. 100 Схема четырехходового клапанного распределителя представлена на рис.81б. При повороте рукоятки 1 перемещается та или другая пары клапанов 2 или 3, обеспечивая подвод (отвод) жидкости к соответствующей полости силового цилиндра 4. 8.9.2. Гидроклапаны Напорные гидроклапаны Напорные гидроклапаны предназначены для ограничения давления в подводимых к ним потоках рабочей жидкости. На рис. 82 приведены принципиальные схемы напорных клапанов прямого действия с шариковым, конусным, плунжерным и тарельчатым запорно-регулирующими элементами. Рис.82. Принципиальные схемы напорных клапанов с запорно-регулирующими элементами: а – с шариковым; б – с конусным; в – с золотниковым; г – с тарельчатым Отверстие 5 соединяется с линией высокого давления, а отверстие 6 – со сливной линией. Часть корпуса, с которой запорно-регулирующий элемент клапана приходит в соприкосновение, называется седлом (посадочным местом). При установке клапана в гидросистему пружина 2 настраивается так, чтобы создаваемое ею давление было больше рабочего, тогда запорно-регулирующий элемент будет прижат к седлу, а линия слива будет отделена от линии высоко давления. При повышении давления в подводимом потоке сверх регламентированного запорно-регулирующий элемент клапана перемещается вверх, преодолевая усилие пружины, рабочее проходное сечение клапана открывается, и гидролиния высокого давления соединяется со сливной. Вся рабочая жидкость идет через клапан на слив. Как только давление в напорной гидролинии упадет, клапан закроется и, если причина, вызвавшая повышение давления, не будет устранена, процесс повторится. Возникает вибрация запорно-регулирующего элемента, сопровождаемая ударами о седло и колебаниями давления в системе. Вибрация и удары могут служить причиной износа и потери герметичности клапанов. Для уменьшения силы удара и частоты колебаний клапана о седло применяют специальные гидравлические демпферы (рис.82, б, г). Устройство состоит из камеры 7, в которой перемещается плунжер 8. Камера заполнена жидкостью. С линией слива эта камера соединяется тонким калибровочным отверстием 9 диаметром 0,8…1 мм. При открывании клапана плунжер вытесняет жидкость из камеры демпфера. Создаваемое при этом гидравлическое сопротивление, пропорциональное скорости движения плунжера, уменьшает частоту а) б) в) г) 101 колебаний, силу удара запорно-регулирующего элемента и частично устраняет его вибрацию. Достоинство клапанов прямого действия – высокое быстродействие. Недостаток – увеличение размеров при повышении рабочего давления, а также нестабильность работы. При конструировании напорных клапанов их габариты и массу можно уменьшить, если применить дифференциальные клапаны или клапаны непрямого действия. По сравнению с клапанами прямого действия клапаны непрямого действия обладают рядом преимуществ: плавность и бесшумность работы, повышенная чувствительность, давление на входе в клапан поддерживается постоянным и не зависит от расхода рабочей жидкости через клапан. Редукционный клапан Редукционным называют гидроклапан давления, предназначенный для поддержания в отводимом от него потоке рабочей жидкости более низкого давления, чем давление в подводимом потоке. В гидроприводах находят применение в основном два типа редукционных клапанов. Первый типредукционныхклапанов обеспечивает установленное соотношение между давлениями на входе и выходе из клапана. Редукционный клапан (рис.83) состоит из запорно-регулирующего элемента – плунжера 1, прижатого к седлу пружиной 2, сила натяжения которой регулируется винтом 3. Отверстие 4 корпуса соединяется с гидролинией высокого давления, а отверстие 5 с гидролинией низкого давления. В исходном положении клапан прижат к седлу, а вход клапана отделен от выхода. При повышении давления P 1 плунжер поднимается и гидролиния высокого давления соединяется с гидролинией низкого давления. Чем больше давление P 1 , тем больше открывается проходное сечение клапана и тем больше становится давление P 2 Рис.83. Редукционный клапан: а – принципиальная схема; б – условное обозначение Таким образом, давление P 2 зависит от давления на входе клапана, от начальной силы натяжения Pпр и жесткости пружины. Второй типредукционного клапана поддерживает постоянное редуцированное давление на выходе, независимо от колебания давления в подводимом и отводимом 102 потоках рабочей жидкости. Такие редукционные клапаны могут быть прямого и непрямого действия. Обратные гидроклапаны Обратным гидроклапаном называется направляющий гидроаппарат, предназначенный для пропускания рабочей жидкости только в одном направлении. Они могут иметь различные запорно-регулирующие элементы: шариковый, конусный, тарельчатый или плунжерный. В соответствии со своим назначением обратный клапан должен быть герметичным в закрытом положении, т.е. в исходном положении запорно- регулирующего элемента. Для достижения абсолютной герметичности в закрытом положении применяют обратные клапаны с двумя или тремя последовательно соединенными запорно-регулирующими элементами. Пружина обратных клапанов нерегулируемая, ее сила натяжения должна обеспечивать лишь преодоление сил трения и инерцию, а также быстрое возвращение в исходное положение запорно-регулирующего элемента. На рис.84 представлена схема и условное обозначение обратного гидроклапана. Рис.84. Обратный клапан типа Г51 Обратный клапан Г51 (рис.84) имеет конусный запорно-регулирующий элемент 5. При подводе рабочей жидкости к отверстию 1 запорно-регулирующий элемент 5 поднимается над седлом 2, преодолевая силу натяжения пружины 4. Жидкость свободно проходит к отверстию 3. При изменении направления потока рабочей жидкости запорно- регулирующий элемент 5 прижат к седлу и блокирует отверстие 1. В гидросистемах многих мобильных машин обратные клапаны с шариковым рабочим органом применяют в блокировочном устройстве резиновых шлангов (рис.85). Рис.85. Блокировочное устройство Блокировочное устройство имеет подпружиненные шарики1, которые при разъединении трубопроводов блокируют поток. При соединении труб путем навинчивания гайки 2 на штуцер 4 толкатель 3 отжимает шарики от их седел, позволяя жидкости свободно проходить через устройство. В гидроприводе обратные клапаны 103 применяют для исключения утечек жидкости из гидросистемы при демонтаже и т.д. Как конструктивный элемент обратный клапан включен в конструкцию разделительных панелей, напорных клапанов, дросселей и регуляторов потока, в золотники с гидравлическим управлением, в насосы и гидравлические двигатели, в гидрозамки и т.д. Помимо вышеперечисленных кланов в гидросистемах применяют также ограничители расхода, которые увеличивают местное сопротивление, перекрывая проходное сечение, как только перепад давления достигает максимально допустимой величины, а также делители (сумматоры) потока. Последние предназначены для разделения одного потока рабочей жидкости на два и более равных потока независимо от величины противодавления в каждом из них. Делители потока применяют в гидроприводах машин, в которых требуется обеспечить синхронизацию движения выходных звеньев параллельно работающих гидродвигателей, преодолевающих неодинаковую нагрузку. 8.9.3. Дроссели и регуляторы расхода Дроссели и регуляторы расхода предназначены для регулирования расхода рабочей жидкости в гидросистеме или на отдельных ее участках и связанного с этим регулирования скорости движения выходного звена гидродвигателя. Дроссели выполняются по двум принципиальным схемам. Линейные дроссели, в которых потери давления пропорциональны расходу жидкости. В таких дросселях потери давления определяются потерями давления по длине. Изменяя длину канала, по которому движется жидкость, можно изменить потери давления и расход через дроссель. Примером линейного дросселя служит гидроаппарат с дроссельным каналом (рис.86). Рис.86. Линейный дроссель: 1 – корпус; 2 – винт В этом дросселе жидкость движется по винтовой прямоугольной канавке, длину которой можно изменять поворотом винта. Площадь живого сечения и длину канала устанавливают из условия получения в дросселе требуемого перепада давлений и исключения засоряемости канала механическими примесями, содержащимися в рабочей жидкости. В таких дросселях за счет увеличения длины канала можно увеличить площадь его живого сечения, исключив тем самым засорения дросселя во время его работы. Нелинейные дроссели характеризуются тем, что режим движения жидкости через них турбулентный, а перепад давлений практически пропорционален квадрату расхода жидкости, поэтому такие дроссели часто называют квадратичными. В них потери давления определяются за счет вихревых зон, вызванными местными сопротивлениями. Изменение перепада давления, а, следовательно, и изменение расхода жидкости через 104 такие дроссели достигается изменением или площади проходного сечения, или числа местных сопротивлений. На рис. 87 приведены несколько схем нелинейных дросселей. В регулируемых (рис.87а, б, в, г) и нерегулируемых (рис.87д, е) нелинейных дросселях длина пути движения жидкости сведена к минимуму, благодаря чему потери давления и расход практически не зависят от вязкости жидкости и изменяются только при изменении площади рабочего проходного сечения. Максимальную площадь устанавливают из условия пропуска заданного расхода жидкости через полностью открытый дроссель, минимальную – из условия исключения засоряемости рабочего окна. В пластинчатых дросселях (рис.87 е) сопротивление зависит от диаметра отверстия, которое, однако, можно уменьшить лишь до определенного предела (dmin ≥ 0,5 мм), ограничиваемого засоряемости во время работы такого дросселя. Для получения большого сопротивления применяют пакетные дроссели с рядом последовательно соединенных пластин (рис.87д). В таких дросселях расстояние между пластинами должно быть не менее (3…5)d, а толщина пластин не более (0,4…0,5)d. Суммарное сопротивление пластинчатого дросселя регулируется подбором пластин. Рис.87. Принципиальные схемы нелинейных дросселей: а – игольчатого; б – комбинированного; в – пробкового щелевого; г – пробкового эксцентричного; д – пластинчатого пакетного; е – пластинчатого; ж – условное обозначение регулируемого дросселя; 1 – корпус; 2 – игла; 3 – диафрагма; 4 – пробка; 5 – пластина; 6 – втулка. а) б) в) д) г) е) ж) |