Гидроаппаратура распределения и управления

Гидроаппаратами называют устройства, служащие для управления потоками жидкости: изменения или поддержания заданного давления или расхода, а т.ж. изм. направления движения потока.

Основным элементом всех гидроаппаратов является запорно-регулирующий орган – подвижный элемент, при перемещении которого частично или полностью перекрывается проходное сечение гидроаппарата. В зависимости, от конструкции запорно-регулирующего органа гидроаппараты бывают: золотниковые – запорно-регулирующим органом является золотник; крановые – запорно-регулирующий орган выполнен в виде крана; клапанные – запорно-регулирующий орган выполнен в виде клапана.

Если гидроаппарат изменяет параметры потока рабочей жидкости путем: а) частичного открытия или закрытия проходного сечения, то он является регулирующим; б) полного открытия или полного закрытия проходного сечения, то он является направляющим.

Среди всей массы гидроапаратов можно выделить три наиболее характерных типа.

1. Гидрораспределители (ГР), основным назначение которых является изм. согласно внешнему управляющему воздействию направления движения потоков жидкости в нескольких гидролиниях.

2. Клапаны – устройства способные изменять проходную площадь, пропускающую поток под его воздействием. Основное назначение клапанов поддерживать в полостях гидросистем давление жидкости в заданных пределах независимо от пропускаемого расхода (напорные и редукционные клапаны), ограничивать в безопасных пределах повышение давления (предохранительные клапаны), допускать движение потока в одном определенном направлении (обратные клапаны).

3. Дроссели – регулирующие устройства способные устанавливать определенную связь между перепадом давления до и после дросселя и пропускаемым расходом.

Часто гидроаппараты совмещают функции основных перечисленных типов. Например ГР кроме распределительных функций часто выполняют ф-ии дросселей, а клапаны используются как элементы, распределяющие потоки.

Гидроаппараты совместно с гидромашинами образуют гидросистемы.

Гидрораспределитель (ГР) – это гидроаппарат, предназначенный для изменения направления потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях в результате внешнего управляющего воздействия. ГР разделяют по типу запорно-регулирующих элементов на золотниковые, крановые и клапанные. По числу внешних гидролиний, подводимых к распределителю, гидрораспределители делятся на двух линейные, трехлинейные и т. п.; в зависимости от числа фиксированных или характерных позиций запорно-регулирующего органа – двухпозиционные, трехпозиционные и т. д. В машиностроении в основном применяются гидрораспределители кранового или золотникового типа. Клапанные парораспределители, несмотря на их простоту и надежность, применяются редко, так как для управления ими требуются значительные усилия.

Крановые гидрораспределители работают в основном от внешнего механического воздействия. Подвижным элементом (запорно-регулирующим органом) является цилиндрическая или коническая пробка, совершающая вращательное (поворотное) движение. Зазор между пробкой и корпусом выбирается таким, чтобы при требуемой герметичности обеспечивалась легкость хода рукоятки при повороте. Для цилиндрических пробок зазор обычно составляет 0,01 – 0,02 мм.

Рис. 23 – Гидрораспределитель крановый

Золотниковые гидрораспределители широко применяются в гидроприводах во всех отраслях машиностроения. С их помощью легко осуществить многопозиционность, они уравновешены статическими силами давления, обладают малым трением, сравнительно просты по конструкции и наиболее пригодны для систем с автоматическим и дистанционным управлением.

Простейший двухпозиционный золотниковый ГР выполняет только функции позиционного переключателя и не может выполнять регулирующие функции.

Четырехщелевой золотниковый ГР выполняет ф-ии как переключателя так и регулирующего органа. Он предназначен для управления движением жидкости по 4 гидролиниям.

МГ73-1, БМГ73-1,

В настоящее время наряду с гидрораспределителями с цилиндрическими золотниками в гидроприводах применяют гидрораспределители с плоскими золотниками, которые более технологичны и просты в изготовлении, чем цилиндрические. По назначению гидрораспределители можно разделить на направляющие которые предназначены только для изменения направления потока рабочей жидкости, и дросселирующие – изменяющие расход и направление потока.

Гидродроссель – это регулирующий гидроаппарат неклапанного действия, представляющий собой специальное местное гидравлическое сопротивление, предназначенное для снижения давления (энергии) в потоке рабочей жидкости, проходящей через него.

Основной характеристикой гидродросселя является зависимость расхода Q от перепада давлений Δр в подводимом и отводимом потоках: Q=f(Δр). По характеру приведенной функции дроссели делятся на линейные и нелинейные. В линейных дросселях, или дросселях вязкостного сопротивления, потери давления определяются в основном трением жидкости в канале. В дросселях такого типа устанавливается ламинарный режим течения рабочей жидкости, а перепад давления практически прямо пропорционален скорости течения в первой степени. Расход через линейный дроссель с каналами круглого сечения определяется по закону Пуазейля:

где l и d – соответственно длина и диаметр канала; v – кинематическая вязкость; γ – удельный вес рабочей жидкости; – перепад давления в подводимом и отводимом потоках.

В нелинейных дросселях потери давления связаны с отрывом потока и вихреобразованием. Частным случаем нелинейного дросселя является квадратичный дроссель, потери давления в котором прямо пропорциональны скорости во второй степени.

Для получения больших перепадов давления или малых расходов при =const необходимы отверстия очень малых диаметров, что неизбежно приводит к засорению. Кроме того, при диаметре отверстия d <0,1 мм наблюдается явление облитерации, заключающееся в зарастании отверстия вследствие отложения на твердой поверхности его краев слоя поляризованных молекул рабочей жидкости. Поэтому на практике в качестве настраиваемого дросселя применяют пакет дросселирующих шайб, отверстия в которых можно сделать достаточно большими, а степень дросселирования обеспечить числом шайб в пакете. Для регулирования скорости перемещения рабочих органов станков или других машин путем изменения расхода рабочей жидкости используют регулируемые гидродроссели двух типов: крановые и золотниковые. В настоящее время в системах гидроавтоматики широкое распространение получили регулируемые дроссели «сопло-заслонка». Такие дроссели представляют собой устройства, состоящие из сопла и плоской заслонки, которая перемещается вдоль оси сопла, изменяя тем самым площадь кольцевой щели между торцом сопла и заслонкой, и следовательно, гидравлическое сопротивление дросселя.

Гидроклапаном называется гидроаппарат, в котором степень открытия проходного сечения (положение запорно-регулирующего органа) изменяется под воздействием напора рабочей жидкости, проходящей через него. Гидроклапаны бывают регулирующие и направляющие. К регулирующим в первую очередь относятся клапаны давления, предназначенные для регулирования давления в потоке рабочей жидкости. Наиболее широко применяются напорные и редукционные гидроклапаны.

Напорный гидроклапан – регулирующий гидроаппарат, предназначенный для ограничения давления в подводимом к нему потоке рабочей жидкости. По назначению эти гидроклапаны делятся на предохранительные, которые ограничивают верхний предел давления в системе, и переливные, предназначенные для поддержания заданного уровня давления путем непрерывного слива рабочей жидкости во время работы.

Рис. 17 – Напорные клапаны. а, б – клапанного типа; в – золотникового типа

Клапаны шарикового и конусного типа (рис. 17, а и б) применяют обычно в качестве предохранительных клапанов, так как, несмотря на простоту и надежность, они хорошо работают только в случае эпизодического действия, характерного для предохранительных клапанов. При постоянной работе быстро изнашивается седло клапана, в результате чего при р<p_з нарушается герметичность системы. В качестве переливных клапанов, для которых характерно непрерывное движение запорно-регулирующего органа, применяются напорные клапаны золотникового типа (рис. 17, в). Для повышения стабильности клапана необходимо уменьшать жесткость пружины и увеличивать площадь S_K_. Редукционный гидроклапан – регулирующий гидроаппарат, предназначенный для поддержания постоянного давления в отводимом от него потоке рабочей жидкости при условии р₂<p₁, где р₂ – давление в отводимом потоке (давление на выходе); р₁ – давление в подводимом потоке (давление на входе). Редукционные клапаны обычно устанавливают в системах, где от одного насоса работает несколько потребителей с разным значением рабочего давления.

Г51-2

Гидроаккумулято р – это устройство, предназначенное для аккумулирования энергии рабочей жидкости с последующим использованием этой энергии. Гидроаккумуляторы накапливают энергию во время частичной загрузки источника энергии гидропривода и возвращают ее в систему в период интенсивной работы гидродвигателя. Использование гидроаккумуляторов позволяет понизить мощность насоса, доведя ее до средней мощности потребителей, а в гидроприводах эпизодического действия – обеспечить работу гидропривода в период пауз в работе питающего насоса. Гидроаккумуляторы используются также для уменьшения пульсации давления, вызываемых работой насоса, клапанов, распределителей; для защиты системы от возможных гидравлических ударов; для поглощения кинетической энергии при больших инерционных нагрузках гидродвигателей, а также для компенсации изменения объема при изменении температуры.

По способу накопления энергии различают гидроаккумуляторы:

а) грузовые (аккумулирование и возврат энергии происходит за счет изменения потенциальной энергии груза);

б) пружинные (аккумулирование и возврат энергии осуществляется за счет упругих деформаций пружины);

в) пневмогидроаккумуляторы (аккумулирование и возврат энергии происходит за счет сжатия и расширения газа).