4.2. Гідророзподільники
Гідравлічними розподільниками називаються гідроапарати призначені для зміни напрямку потоку робочої рідини в двох, або більше гідролініях. Їх робота забезпечується зовнішнім управлінням. Внаслідок зміни напрямку потоку рідини досягається зміна напрямку руху виконавчого органу гідродвигуна, що в гідроприводах називається реверсуванням. Основними конструктивними елементами гідророзподільників є корпус і запірно-регулюючий елемент. На рисунку 4.1 наводиться класифікація гідророзподільників.
Умовні графічні позначення гідророзподільників здійснюються за стандартом (ГОСТ 2.781 - 68). В позначенні вказуються такі елементи: позиції запірно-регулюючого елемента; зовнішні лінії зв’язку, які підводяться до гідророзподільника; проходи (канали) і елементи управління (див. додаток А). Крм графічних позначень гідророзподільників встановлені також цифрові позначення дроб’ю: в чисельнику вказується число зовнішніх ліній зв’язку розподільника, в знаменнику - число позицій. Наприклад, чотирьохлінійний трьохпозиційний гідророзподільник позначається дроб’ю (через дріб) 4/3.
Золотникові гідророзподільники. Це гідророзпоідільники у яких запірно-регулюючим елементом є золотник.
Золотник – це плунжер з ущільнюючими поясками.
Плунжер – це поршень, довжина якого значно більша за його діаметр. Золотникові розподільники діляться на розподільники з циліндричним, або плоским золотниками. Гідророзподільники певним чином маркіруються. Наприклад, гідророзподільник Р80-3/1-222(22); Р - розподільник золотникового типу: 80-пропускна здатність, л/хв: - виконання про тису 16 МПа; 1-виконання по конструкції; 222(22) - тип і кількість золотників. На рисунку 4.2. показаний золотниковий направляючий розподільник з циліндричним золотником.
Порядок роботи розподільника, показаного на рисунку 4.2 такий. При положенні золотника, показаному на рисунку 4.1, виточка 5 перекрита пояском 2 і рідина від насоса через виточку 7 по міжзолотниковому простору надходить до виточки 10, а далі по трубопроводу 9 в поршневу порожнину гідроциліндра. Під тиском робочої рідини поршень буде рухатися вліво, виконуючи при цьому певну роботу. Рідина яка знаходиться в штоковій порожнині по трубопроводу 4 через виточки 5 і 3 витісняється на злив в гідробак. Для реверсування (зміни напрямку) руху поршня необхідно перемістити рукоятку 12 вліво тоді пояском 1 перекриється шлях для надходження рідини від насоса до виточки 10 і відкривається шлях для її надходження через виточу 5 по трубопроводу 4 в штокову порожнину гідроциліндра. Під тиском робочої рідини поршень почне рухатись вправо. Рідина з поршневої порожнини по трубопроводу 9 через виточки 10 (яка відкрита для цього) і 11 витісняється на злив в гідробак.
Залежно від співвідношення ширини ущільнюючого (циліндричного) пояска а і кільцевої виточки в корпусі б (рис.4.2 і 4.3) гідророзподільники класифікуються як розподільники з нульовим (а = б), з позитивним (а > б) і з негативними (а < б) перекриттям.
1, 2 - ущільнюючі циліндричні пояски; 3, 5, 7, 10, 11 - кільцеві виточки в корпусі; 8 - корпус; 9 - трубопровід; 12 - рукоятка управління золотником.
Рисунок 4.2. Схема золотникового двохпозиційного направляючого розподільника з циліндричним золотником, 5/2.
а - нульове перекриття; б - позитивне перекриття; в - негативне перекриття; а - ширина ущільнюючого (циліндричного) пояска; б – ширина кільцевої виточки в корпусі; г - витратні характеристики перекриттів.
Рисунок 4.3. Схеми золотникових циліндричних розподільників з різним перекриттям.
На рисунку 4.5 ілюструється робочий процес циліндричного золотникового гідророзподільника. На рисунку 4.4, а показано “плаваюче” положення золотника. Робоча рідина (масло), підведена в нагнітальну порожнину А закриту поясками К і Л іде по каліброваному отвору Ж перепускного клапана в відвідний канал Г, в зливний канал В і відводиться в бак. Внаслідок дроселюючої дії отвору Ж тиск масла на поясок С перепускного клапана з боку нагнітальної порожнини А більший, ніж протитиск масла в каналах Г і В.
На рисунку 4.4. показана схема золотникового (циліндричного) двохпозиційного дроселюючого гідророзподільника.
Qут - витрата рідини; D - діаметр пояска золотника; p - зазор між пояском і буртиком корпуса розподільника; t - ширина буртика; Q - витрата робочої рідини гідродвигуна; ГД - гідродвигун; ГР - гідророзподільник; ▲ - подача робочої рідини; ▼ - відбір робочої рідини.
Рисунок 4.4. Схема золотникового двохпозиційного дроселюючого розподільника, 5/2.
а, б, в, г - положення золотника, відповідно, нейтральне, плаваюче, підйом та опускання примусове; 1-пружина перепускного клапана; 2 - сідло перепускного клапана; 3 - перепускний клапан; 4, 5 - шланги з’єднання розподільника, відповідно, з порожнинами П і О гідроциліндру; 6-гідроциліндр; 7 - механізм автоматичного повернення золотника в нейтральне положення; А-нагнітальна порожнина; Б, Д - канали з’єднання з гідроциліндром; В - канал зливу рідини в бак; Г-відвідний канал; Ж - калібрований отвір в перепускному клапані; И, К, Л, М, Н - запірні (ущільнюючі) пояски золотника; О, П - порожнини гідроциліндра; Р - поясок золотника для перекриття відвідного каналу Г; С - кільцевий поясок перепускного клапана.
Рисунок 4.5. Схеми до пояснення роботи чотирьохпозиційного золотникового гідророзподільника.
На рисунку 4.5, в показано “плаваюче” положення при якому канал Г з’єднаний зі зливним каналом В, а тому перепускний клапан відкритий. Порожнини О і П гідроциліндра з’єднані між собою каналами Б, Д, В, а тому поршень вільно переміщується в циліндрі і машина може опорним пояском копіювати рельєф поверхні землі. Масло від насоса через клапан 3 зливається в бак.
Внаслідок різниці тисків перепускний клапан відкривається і масло зливається в бак. Масло в порожнинах П і О гідроциліндра заперте поясками золотника.
На позиції в, того ж рисунку, показано положення “підйом”, при якому поясок Р перекриває відвідний канал Г. Тиск на поясок перекриває відвідний канал Г. Тиск на поясок перепускного клапана вирівнюється і під дією пружини по каналах А і Д надходить в порожнину П гідроциліндра, а із порожнини О через канал Б воно витісняється в бак.
І, на кінець, на позиції г того ж рисунка показано полжнння “опускання примусове” при якому відвідний канал Г перекритий пояском Н золотника, перепускний клапан закритий. Масло насосом подається по каналах А і Б в порожнину О гідроциліндра. Поршень примусово опускає машину. Із порожнини П гідроциліндра по каналу Д масло надходить в бак.
Розподільник з плоским золотником показаний на рисунку 4.6. Сутність конструкції і роботи його полягає в тому, що в них в певних нерухомих устоях 1 і 5 з отворами (каналами) (в першому,5, від насоса , а в другому, 1, отворами, що з’єднуються з гідродвигуном) за допомогою ухвату 11 переміщується(ковзає) плоский пристрій. В даному випадку він складається в торцевих гідростатичних опор 2 і 6 розтиснених пружиною 3 В цих опорах улаштований отвір (канал) який перекриває. або відкриває шлях для руху рідини від насоса до гідродвигуна, та направляється на злив.
Клапані гідророзподільники. Це гідророзподільники у яких запірно-регулюючим елементом є клапан. Клапани бувають шарикові і конічні. На рисунку 4.7. показані конструктивні схеми клапанних двохпозиційних гідророзподільників з двома зовнішніми лініями з управлінням від штовхачів. Розподільник складається з корпуса 1, шарикового чи конічного клапанів 2, пружини 4 і штовхача 3. Корпус має дві порожнини: напірну А і робочу Б.
Принцип роботи таких розподільників полягає в наступному. В вихідній позиції, тобто коли зовнішній вплив на штовхача відсутній, пружина 4 прижимає клапана 2 до сідла і порожнина Б відокремлена від напірної порожнини А. При дії зовнішньої сили штовхач переміститься виз, пружина 4 стиснеться і клапан відкриється. При цьому порожнина Б з’єднається з напірною порожниною А. При знятті зусилля зі штовхача клапан розподільника пружиною негайно закривається.
1, 5 – нерухомі устої (площини); 2, 6 - торцеві гідростатичні опори; 3 - пружина; 4 - центруюче кільце; 7 - канал підведення рідини від насоса; 8, 10 - ущільнюючі поверхні на торцях опор; 9 - кругле гумове кільце; 11 - ухват; 12 - вікна (канали).
Рисунок 4.6. Плоский гідростатичний врівноважений золотник, 3/2.
Кранові гідророзподільники. Вони застосовуються при невеликих витратах і тисках робочої рідини. Запірно-регулюючим елементом в них є пробка циліндричного чи конічного типу, яка здійснює поворотний рух відносно своєї вісі. Розподільники цього типу показані на рисунках 4.9, 4.10 та 4.11.
а - шариковий; б - конічний; 1 - корпус; 2 - клапан; 3 - штовхач; 4 - пружина А - напірна порожнина; Б - робоча порожнина.
Рисунок 4.7. Клапанні розподільники з управлінням від штовхачів, 2/2.
На рисунку 4.8. показаний клапанний гідророзподільник з конічними запираючими елементами. Такі гідророзподільники забезпечують герметичне перекриття гідроліній.
а - окремий запираючий елемент; б - блок запираючих клапанних елементів з механічним приводом для управління роботою гідроциліндра; 1 - пружина; 2, 4-розвантажувальні поршні; 3 - запираючий елемент; 5 - головка; 6 - кулачковий вал.
Рисунок 4.8. Клапанний розподільник, 4/2.
Р - розподільник; А - робоча порожнина гідроциліндра Ц - гідроциліндр; І, ІІ - позиції положення пробки гідророзподільника, П-пружина.
Рисунок 4.9. Схема підключення кранових розподільників 3/2 (а, б) та 4/3 (в, г).
На рисунку 4.9, а, б показаний крановий розподільник 3/2 з гідроциліндром Ц односторонньої дії. При розташуванні пробки розподільника Р в вихідній позиції (рис. 4.9, а) робоча порожнина А циліндра Ц з’єднується з напірною порожниною і поршень під дією тиску рідини рухається вправо. Зливна лінія при цьому перекрита. При повороті пробки розподільника в робочу позицію (рис. 4.9, б) порожнина А циліндра з’єднується зі зливною лінією і поршень циліндра під дією сили пружини переміщується вліво. Напірна лінія при цьому перекрита.
На рисунку 4.9, в, г показано підключення кранового розподільника 4/3 в гідросистему з гідроциліндром двохсторонньої дії. При нейтральному розташуванні пробки розподільника всі проходи перекриті. При повороті пробки в робочу позицію І (рис.4.9, в) робоча рідина надходить в порожнину А циліндра, а з порожнини Б рідина іде на злив. При повороті пробки розподільника в робочу позицію ІІ (рис.4.9, г) рідина під тиском надходить в порожнину Б циліндра, а з порожнини А вона іде на здив.
Робота кранового пробкового розподільника 4/2 показаного на рисунку 4.10. зрозуміла з рисунка.
А, В, Т, Р – канали для руху рідини; ГР - гідророзподільник; ГД - гідродвигун; Q - витрата рідини; 45о - кут розвороту рукоятки управління.
Рисунок 4.10. Крановий пробковий розподільник.
Поданий на рисунку 4.11 гідророзподільник при повороті крана на 900 забезпечує реверс гідродвигуна, а при повороті на 450 – його блокіровку.
1, 2 – отвори живлення (подачі рідини); 3, 4 – отвори з’єднання з гідродвигуном; 5, 6, 8 і 9 – поверхні з вищим класом точності обробки; 7 – отвори в дугових пазах; 1/, 2/ - дугові пази.
Рисунок 4.11 Крановий торцьовий, гідростатично врівноважений розподільник.
Контрольні запитання
Що називається гідророзподільником? Дайте класифікацію гідророзподільників. Охарактеризуйте принцип їх дії.
За якою формулою знаходяться витрати рідини в гідроапаратурі? Охарактеризуйте це.
Які режими руху рідини існують в природі? Охарактеризуйте їх.
Що таке втрати тиску по довжині і в місцевих опорах і за якими формулами вони знаходяться?
За якими формулами знаходиться коефіцієнт гідравлічного тертя при ламінарному і турбулентному режимах руху рідини?
Охарактеризуйте основне рівняння гідродинаміки (рівняння Бернуллі).
Обґрунтуйте рівняння нерозривності потоку рідини.