§ 14. Клапанная аппаратура

Механизмы и элементы гидропри­вода экскаваторов защищены от перегрузок предохранительными кла-

панами, которые ограничивают давле­ние жидкости в системе допустимым пределом.

Предохранительные клапаны уста­навливают непосредственно на насо­сах и гидромоторах, в гидрораспреде­лителях, фильтрах и на трубопрово­дах. В последнем случае их заключают в отдельные корпуса. Они должны обеспечивать надежную работу, высо­кую чувствительность, стабильность давления при различных расходах жидкости и минимальные вибрации элемента клапана, открывающего и за­пирающего канал, через который рабочая жидкость сливается при давлении, превышающем номиналь­ное.

Предохранительные клапаны обыч­но регулируют на давление, превыша­ющее номинальное на 10...20 %. При давлении в системе, превышающем допустимое, клапан открывается и пе­репускает жидкость в полость низкого давления; при давлении ниже заданно­го клапан надежно запирает проход жидкости в полость низкого давления.

По принципу действия предохрани­тельные клапаны разделяют на клапа­ны прямого (давление жидкости действует непосредственно на за­порный элемент) и непрямого действия (давление жидкости действует на вспомогательный клапан, управляю­щий перемещением запорного эле­мента).

Предохранительные клапаны пря­мого действия подразделяют на обыч­ные, когда давление жидкости дей­ствует на всю активную площадь запорного элемента, и дифференциаль­ные, когда давление действует только на часть площади. По конструктивно­му исполнению клапаны бывают шариковыми, конусными, плунжерны­ми (золотниковыми). Следует иметь в виду, что предохранительные клапа­ны, которые рассчитаны на частую работу и большие расходы жидкости, иногда называют перепускными. К ним, например, относятся клапаны, применяемые в гидроприводе меха­низма поворота и работающие в каждом цикле экскавации.

Рис. 47. Схемы клапанов прямого действия — с центрированным (а) и нецентрированным (б) шариками и с центрированным (в) и нецентрированным (г) клапанами:

1 — регулировочный болт, 2 — корпус, 3 — пружина, 4 — шарик, 5 — центрирующий элемент, 6 — ко­нусный клапан; А, Б — напорная и сливная линии

Шариковые клапаны просты по конструкции и дешевы в изготовлении. Принцип действия клапана основан на уравновешивании давления жидкости, действующего на шарик 4 (рис. 47, а) усилием пружины 3. Клапан открывается, когда давление действу­ющей на шарик жидкости больше, чем усилие сжатой пружины. При этом давление жидкости под шариком падает, так как напорная линия А соединяется со сливной Б, и клапан закрывается. Под действием возрос­шего давления клапан снова открыва­ется, и процесс повторяется. Таким образом, быстро и часто открываясь и закрываясь, шарик разбивает седло.

Шириковые клапаны бывают с центрированным и нецентрированным шариком.

В клапанах с центрированным шариком (см. рис. 47, а) направляю­щие центрирующего элемента 5 пре­пятствуют боковым перемещениям шарика. За счет малого зазора между корпусом 2 и элементом 5, а также наличия, демпфирующего отверстия в элементе колебания шарика в осевом направлении (вибрацию) удается га­сить, что предохраняет его седло от изнашивания.

Клапаны с нецентрированным ша­риком (рис. 47, б) проще в изготовле­нии, но шарик в них может переме­щаться также и в боковые стороны, вследствие чего нарушается герме­тичность клапана и он пропускает рабочую жидкость в сливную линию при любых условиях. Поэтому такие клапаны, как правило, применяют в системах с небольшим расходом жидкости, в них давление редко достигает значения, на которое отрегу­лирован клапан.

Конусные клапаны, как прави­ло, центрированы и могут поворачи­ваться только относительно своей оси, поэтому отличаются от шариковых более высокой герметичностью (рис. 47, в). Недостатки конусных клапа­нов — неустойчивая работа и вибра­ция, которые являются причинами повышенного износа седла и клапана, усталостных разрушений трубопрово­дов. Устраняют эти недостатки, приме­няя демпфирующие (тормозящие) устройства или клапаны с обратным конусом.

Например, для предохранения ме­ханизма поворота от перегрузок устанавливают два смонтированных в одном корпусе (блоке) предохрани-

\ г,

Рис. 48. Блок предохранительных клапанов конусного типа с механическим (а) и гидравлическим (б) демпфированием:

/ — демпфер, 2 - клапан, 3 пружина, 4 — регулировочная гайка, 5 — плунжер;

А, Б, В — полости

тельных клапана прямого действия конусного типа с механическим демп­фированием колебаний (рис. 48, а). Полости А и Б соединены с рабочими линиями гидромотора поворота. При давлении в одной из линий, превышающем давление на­стройки клапана, жидкость перепуска­ется в другую линию. Вибрация такого клапана при работе значительно меньше (чем, например, клапана, показанного на рис. 47, г) вследствие бокового расположения отверстий А и Б. При прохождении потока жидкости клапан (см. рис.48,а) при­жимается давлением жидкости к про­тивоположной от отверстия стенке и благодаря трению о стенку колеба­ния его тормозятся и значительно уменьшаются.

На экскаваторах применяют блок клапанов прямого действия с гидрав-

лическим демпфированием колебаний (рис. 48, б). Собственно клапан 2 выполнен полым с обратным конусом (коническая внутренняя поверхность), который плотно прижат пружиной 3 к седлу и запирает выход рабочей жидкости из полости А в по­лость Б. При этом демпфер 1, который может перемещаться внутри клапана, прижат давлением жидкости в полости А в крайнее правое положение относительно клапана. Буртик демпфе­ра упирается во внутреннюю кониче­скую поверхность клапана.

При повышении давления в поло­сти А рабочая жидкость, воздействуя на коническую поверхность клапана, быстро открывает его, сжимая пружи­ну, и проходит из полости А в по­лость В. Под реактивным давлением потока жидкости, воздействующего на торец демпфера, последний движется

Рис. 49. Предохранительные клапаны прямого (а) и непрямого действия (б):

1 — золотник, 2 — поршень золотника, 3 — пробка, 4 — корпус, 5, 7 — пружины, 6 — конусный клапан, 8 — крыш

ка, 9 — регулировочный винт

вслед за клапаном, но медленнее, чем клапан, так как жидкость из полости Б в полость А должна пройти через ма­лое отверстие в демпфере.

При понижении давления в полости А клапан под действием пружины начинает закрываться. Однако закры­вается он медленно, так как упирается в буртик сместившегося вправо демп­фера и плавно перемещается в сторону закрытия вместе с демпфером по мере заполнения полости Б жидкостью, которая медленно проходит туда через отверстие малого диаметра в демпфе­ре.

Плунжерные клапаны прямого действия применяют при большом расходе жидкости и высоком давлении в гидросистеме с целью уменьшения действующих усилий и размеров пружин. В дифференциальном клапане (рис. 49, а) пружина воспринимает только часть усилия, создаваемого давлением жидкости. Для этого в зо­лотнике 1 установлен поршень 2,

нижний торец которого соприкасается с пробкой 3 клапана. Жидкость поступает в полость А и через сверления в золотнике в полость Б над поршнем. На пружину золотника действует усилие, равное произведе­нию давления жидкости на площадь поршня.

Предохранительные клапаны не­прямого действия (рис. 49, б) (ко­нусные) применяют для ограничения давления при передаче больших мощностей. Эти клапаны позволяют поддерживать заданное давление не­зависимо от расхода жидкости в гид­росистеме.

На золотник 1 действует слабая пружина 5, которая стремится переме­стить его в крайнее нижнее положение. В поршне золотника сделано отверстие Б малого диаметра, являющееся демпфером и соединяющее полости А и В. Пока давление жидкости, действующее на конусный клапан 6, не превышает давления, на которое

Рис. 50. Неуправляемый (а) и управляемый (б) шариковые обратные

клапаны:

1, 6' — штуцера, 2 — седло, 3 — шарик, 4 — пружина, 5 — направляющие, 7 — игла, 8 — поршень

отрегулирована пружина 7, клапан закрыт и давление в полости В равно давлению в полости А. При этом золотник под действием пружины 5 находится в крайнем нижнем положении и напорная полость А отсо­единена от сливной Г. При давлении, превышающем давление настройки пружины 7, клапан открывается и перепускает жидкость на слив через канал Д золотника.

К клапану жидкость поступает из полости А через демпфер (отверстие) Б и канал Е. Ввиду малого диаметра демпфера Б создается перепад давле­ния до и после него, в результате чего возникает усилие, поднимающее зо­лотник вверх. При этом полость А высокого давления соединяется с полостью Г низкого давления и поток под давлением настройки пружины 7 направляется на слив в бак.

Обратные клапаны пропускают через себя поток жидкости только в одном направлении и исключают ее обратное движение. Их различают по

конструкции (шариковые и конусные) и принципу действия (неуправляемые и управляемые).

На одноковшовых экскаваторах применяют только шариковые клапа­ны.

Неуправляемый шариковый обрат­ный клапан (рис. 50, а). В седле 2 штуцера / установлен шарик 3, который прижимается к седлу слабой пружиной 4. Жидкость, поступающая под давлением в канал А, воздействуя на шарик, легко преодолевает сопро­тивление пружины и проходит в по­лость Б и сообщающийся с ней канал В. Если же в полости Б давление выше, чем в канале А, то оно прижимает шарик к седлу тем сильнее, чем больше разница давлений в поло­сти Б и канале А. Таким образом, жидкость может проходить только из канала А в полость Б Обратное ее движение исключается.

Управляемый шариковый обрат­ный клапан (рис. 50, б) от неуправляе­мого отличается тем, что при подаче

Рис. 51. Схемы установки дросселей на входе (а), выходе (б) и параллель­но гидродвигателю (в):

/ — насос, 2 — клапан, 3 — дроссель, 4 — гидрораспределитель, 5 — гидроцилиндр

жидкости под давлением в канал £ управления клапаном поршень 8 с иглой 7 и шариком 3 смещаются влево, сжимая пружину и открывая свободный проход жидкости из канала Л в канал Г и обратно. Если в канале £ нет давления, то пружина прижима­ет шарик к седлу, запирая проход жидкости из канала Д в канал Г.

Дроссель в гидросистемах уста­навливают на напорной (регулирова­ние на входе) (рис. 51, а) или сливной (регулирование на выходе) гидроли­ниях или параллельно гидродвигате­лю.

На одноковшовых экскаваторах применяют в основном дросселирова­ние на выходе (рис. 51, б). Если дроссель создает достаточное сопро­тивление, то давление в поршневой (левой) полости гидроцилиндра в лю­бом случае ограничится настройкой предохранительного клапана. Давле­ние в штоковой полости зависит от нагрузки, приложенной к штоку гидроцилиндра. Чем больше нагрузка, тем меньше давление в правой полости цилиндра и перепад давления на дросселе, следовательно, тем меньше и скорость перемещения поршня.

В схеме с дросселем, устанавливае­мым параллельно гидродвигателю (рис. 51, в), предохранительный клапан и дроссель установлены па­раллельно напорной гидролинии. При

полностью закрытом дросселе вся жидкость, подаваемая насосом, нагне­тается в гидроцилиндр и с максималь­ной скоростью перемещает поршень. При полностью открытом дросселе вся жидкость через дроссель поступает в бак и поршень перемещаться не будет. При частично открытом дроссе­ле поток разделяется: часть жидкости поступает в гидроцилиндр, а другая часть через дроссель — в бак.

Давление, развиваемое насосом при параллельной схеме, зависит от сопротивления перемещению штока гидроцилиндра: чем больше сопро­тивление, тем больше давление перед дросселем и тем меньше скорость перемещения поршня. Потери энергии на дросселирование в такой схеме значительно меньше, чем при уста­новке дросселя на входе и выходе, так как насос большую часть времени работает при давлении меньшем, чем то, на которое настроен предохрани­тельный клапан.