Расчет приходных сечений клапана

Расчет необходимых площадей  и , проходных сечений клапана производится из условия неразрывности движения потока жидкости на полную производительность насоса :

,

где ,

,

 - скорость движения масла через клапан (для сливных трубопроводов принимают  м/с).

Задаваясь стандартным значением  и скоростью движения масла ,находим .

В действительности клапан открыт не полностью и расход масла через щель  не подчиняется линейном закону, так как скорость движения масла в клапане является функцией перепада давления,  на входе и выходе из клапана т.е. .

Скорость масла может быть определена из уравнения Бернулли

,

откуда .

Таким образом расход масла через клапан можно найти по формуле

 ,

где  - коэффициент расхода масла, зависящий от формы проходного сечения, принимают .

По требованиям инструкций по безопасной работе гидропривода любая гидросистема должна иметь в своем составе предохранительный гидроклапан. Его рекомендуется монтировать в ответвлении напорной линии непосредственно за насосом, рядом с манометром.

Типовые схемы применения предохранительно-перелевных клапанов показаны на рис. 3.

В схеме рис. 3.а гидроклапан давления 3 выполняет функцию предохранительного клапана, а в схеме рис. 3.б – переливного. В схемах дроссельного регулирования скорости (рис. 3в) гидроклапан 3 обычно выполняет одновременно две функции: поддерживает давление в гидросистеме постоянным и сливает излишки масла. Дополнительно с помощью распределителя 7 имеется возможность разгрузки гидросистемы от давления в любое время цикла ее работы.

Контрольные вопросы

1. Составьте уравнение равновесия для шарикового предохранительного клапана.

2. Определите диаметр проходного отверстия шарикового клапана для расхода  л/мин.

3. Перечислите основные недостатки шариковых клапанов.

4. Можно ли использовать шариковый клапан в качестве предохранительного или переливного?

5. С помощью рис. 2. объясните назначение деталей 2, 3, 4 и 5.

6. Какое назначение имеет демпферное отверстие «д» (см. рис. 2)

7. Составьте уравнения равновесия для 2-х положений переливного клапана:

- клапан закрыт,

- клапан открыт.

8. Какое назночение имеет шариковый клапан 2, а какое – поршеньковый клапан 1 (см. рис. 2.).

9. Какое условное обозначение по ГОСТ имеет гидроклапан типа Г52?

10. Что произойдет при неверном подключении гидроклапана к напорной магистрали?

11. Имеет ли переливный гидроклапан дистанционное управление?

12. Как определить необходимые усилия пружин 3 и 4 (см. рис. 2)?

13. Объясните функциональное назначение гидроклапана по схемам рис. 3.

14. Назовите возможные причины неисправности гидроклапана, если он не регулирует рабочее давление?

15. Объясните методику регулирования клапана при первоначальном пуске гидросистемы.

Лабораторная работа №2
«Гидроклапоны давления типа Г54-2»

 

Гидроклапоны давления (ГД) предназначены для предохранения гидросистем от перегрузки, а также для поддержания определенного давления в ней. Конструкция гидроклапана типа Г54-2 показана на рис. 1.

Клапан состоит из следующих основных деталей: корпуса 2, золотника 1, пружины 3, колпачка 4, регулировочного винта 5.

Масло от насоса подводится в камеру  и отводится в бак через камеру . Пружина 3 отжимает золотник 1 в нижнее положение, разъединяя камеру , находящуюся под давлением насоса, от камеры , которая соединяется с баком.

Одновременно через отверстия а и б масло поступает под нижний торец золотника 1. Когда давление в системе возрастает настолько, что преодолеет усилие пружины 3, отрегулированной винтом 5 золотник 1, перемещается вверх, камеры  и  соединяются и масло под давлением перепускается в бак. Для демпфирования колебаний золотника предназначено отверстие б малого диаметра. Необходимое давление в гидросистеме регулируется винтом 5.

Для возможности дистанционного управления разгрузкой клапана от давления или блокировке его срабатывания при достижении настроенного винтом 5 давления, в конструкции клапана предусмотрено 4 резьбовых пробки: 6,7,8 и 9.

Пробки 6 и 9 блокируют возможность автоматического дистанционного управления «сверху» и «снизу» золотником 1. Пробка 7 блокирует дренаж масла из верхней полости. Пробка 9 блокирует поступление масла из напорной полости  через каналы а и б под нижний торец золотника 1.

Функциональное назначение клапана, определяемое комбинацией комплектования пробок, показано в табл. 1, а на рис. 2 показаны типовые схемы применения гидроклапанов давления.

Таблица 1

Исполнения напорных золотников

№ исп	Условное обозначение	Пробки				Функция клапана
		6	7	8	9
1		+	-	-	+	1. Регулирует давление. 2. Поддерживает давление (или его перепад) постоянным.
2		+	-	+	-	1. Пропускает масло по командам системы управления  (давление в основном потоке не стабилизируется).
3		-	+	+	-	1. Пропускает масло в обоих направлениях при перепаде давления .
4		-	+	-	+	1. Пропускает масло в зависимости от настройки пружин и давления управления .

Приложение:

+ наличие пробки; - отсутствие пробки.

Рис. 2. Типовые схемы применения гидроклапонов давления

 

В схеме рис. 2. а. используются два напорных гидроклапана первого исполнения (см. табл. 1). Клапан 2 работает в режиме обеспечения разности давлений в линиях нагнетания 2 и 3, а клапан 4 - в режиме предохранительно-переливного клапана.

В схеме гидросистемы показанной на рис. 2.б. используются два гидроцилиндра 3 и 4, соответственно: для зажима заготовки и подачи режущего инструмента, и два гидроклапана 5 и 6 второго исполнения (см. табл. 1).

Принцип работы гидросистемы состоит в следующем. Масло под давлением насоса одновременно поступает в поршневые полости цилиндров 3 и 4, но движение подачи поршня цилиндра 4 начинается только после зажима заготовки, так как слив масла из штоковой полости цилиндра 2 блокирован клапаном 5.

В схеме рис. 2.в. гидроклапан 4 также имеет возможность дистанционного управления посредством распределителя 3. Он включен в сливную линию параллельно дросселю 5.

При включенном положении электромагнита распределителя 3 происходит ускоренное перемещение поршня, а при выключенном – перемещение со скоростью рабочей подачи.

В схеме рис. 2. г. имеются два гидродвигателя: гидромотор 2 и гидроцилиндр 3, а также три гидроклапана давления третьего исполнения.

Гидроклапан 4 обеспечивает последовательную работу гидромотора и гидроцилиндра при условии достижения гидромотором заданной частоты вращения. При малой частоте вращения перепад давления на дросселе 1 недостаточен для открытия клапана 2 и подачи масла в цилиндр 3. по мере увеличения частоты вращения клапан 4 открывается и поршень начинает движение вправо со скоростью подачи установленной дросселем.

В схеме рис. 2.д. гидроклапан 1 четвертого исполнения настроен на более высокое давление, чем клапан 4, причем давления в линиях нагнетания 2 и 3 не оказывают взаимного влияния.

Схема рис. 2. e. по своему функциональному назначению аналогична схеме рис. 2. б.

Контрольные вопросы

1. Объясните функциональное назначение гидроклапана давления типа Г542.

2. Объясните принцип работы гидроклапана давления.

3. Какое назначение имеют пружина 3 (см. рис. 1) и демпферное отверстие «б» клапана?

4. Составьте уравнение равновесия для 2-х положений клапана: «закрыт», «открыт».

5. Как обозначается клапан типа Г54 по 2704-68 на гидросхемах?

6. Определите диаметр входного отверстия клапана для расхода
 л/мин

7. Каким образом необходимо отрегулировать клапаны 2 и 3 на рабочее давление  МПа и  МПа (см. Рис. 2а.)?

8. Можно ли напорный гидроклапан использовать в качестве предохранительно-переливного?

9. Что произойдет с клапаном при его неверном включении в напорную магистраль?

Лабораторная работа №3
«Редукционные клапаны»

 

Редукционные клапаны предназначены для поддержания постоянного давления, сниженного по сравнению с давлением, развиваемым насосом.

Конструкция клапана показана на рис. 1. Принцип работы клапана состоит в следующем.

 

Рис. 1. Редукционный клапан типа Г57-12

1, 4, 9 - полости; 2, 5, 6, 7 - отверстия; 3 - золотник;
8, 11 - пружина; 10 - шарик

 

Масло из линии давления 4 по каналу 6 поступает в полость 7 и одновременно по каналу 5 в полость 1 под золотником 3 и через демпферное отверстие 2 в полость 9 под шариковым клапаном 10, который настроен на определенное давление.

Пока давление в системе не превышает усилия настройки пружины 11, гидравлически уравновешенный золотник 3 удерживается пружиной 8 в крайнем нижнем положении, образуя наибольшее проходное сечение. При повышении давления в гидросистеме шариковый клапан 10, преодолевая усилие пружины 11, открывается. Масло из полости 9 поступает на слив, давление в полости 9 понижается. При этом равновесие сил, действующих на золотник 3 нарушается, последний под давлением масла в полостях 7, 1, 9 поднимается, перекрывая проход маслу из полости 4 в полость 7, что приводит к понижению давления в полости 7.

Если давление в полости 7 будет ниже усилия настройки пружины 11 шариковый клапан закрывается, прекращая поток масла на слив. При этом давление в полостях 7, 1, 9 выравнивается и золотник 3 под действием пружины 8 опускается, открывая проход маслу из полости 4 в полость 7, следовательно давление в этой полости повышается.

Для настройки клапана на определенное давление усилие пружины 11 регулируют винтом 12.

Рассмотрим типовые схемы применения редукционных клапанов (рис. 2. а, б).

Рис. 2. Типовые схемы применения редукционных клапанов

 

На рис.2 а показана гидросистема содержащая два силовых цилиндра 4 и 7. Поршень 2 цилиндра 4 совершает вертикальное движение для транспортирования заготовки в позицию зажима, а цилиндр 7 производит зажим заготовки. Давление в напорной магистрали настраивается предохранительным клапаном 10, а давление в штоковой полости цилиндра 7 - редукционным клапаном 8.

При колебании давления в напорной магистрали этот клапан обеспечивает пониженное и постоянное давление зажима. Из схемы также следует, что по технологическим соображениям усилие разжима больше чем усилие зажима.

В схеме показанной на рис. 2 б также имеется два гидродвигателя: гидроцилиндр перемещения пеноли и гидромотор 2. Выдвижение пиноли происходит под действием редуцированного давления, а обратный ход - под действием рабочего давления, настраиваемого клапаном 1.

Контрольные вопросы

1. С помощью рис. 1 объясните принцип работы редукционного клапана.

2. Какое назначение имеют пружины 8 и 11 клапанов 3 и 10?

3. Объясните назначение демпферного отверстия 2 в золотнике 3 клапана?

4. Объясните в каком сечении клапана происходит редуцирование рабочего давления и почему?

5. Как производится настройка клапана на редуцированное давление?

6. В чем состоит причина неисправности клапана, если он не поддается регулировке?

7. Составьте уравнение равновесия клапана для конкретного значения редуцированного давления  МПа.

8. Что произойдет с клапаном при неверном подключении напорной и редуцированной линии?

9. Объясните назначение и принцип работы клапана в типовых схемах его применения (рис. 2)