1 Корпус; 2 золотник; 3, 4 дросселирующие щели

а в исходной (нейтральной) позиции; б в позиции I; в условное

обозначение гидрораспределителя с подключенным гидроцилиндром

От гидрораспределителя жидкость направляется в левую полость гидроцилиндра Ц, а жидкость, вытесняемая из правой полости гидроцилиндра Ц, поступает по гидролинии В в гидрораспределитель. Здесь она проходит через вторую дросселирующую щель 4 и поступает через гидролинию на слив Т. Аналогично работает гидрораспределитель и при условии подачи управляющего сигнала на электромагнит ЭМ2. Отличие заключается только в том, что золотник при этом смещается влево. Обычно в системах управления один из управляющих сигналов, поступающих на электромагнит ЭМ1 или ЭМ2, принимается положительным, а другой - отрицательным. Таким образом, гидрораспределитель, в зависимости от знака управляющего сигнала, обеспечивает необходимое направление движения поршня гидроцилиндра, а в зависимости от мощности управляющего сигнала - требуемую скорость его перемещения.

Основные правила построения условных обозначений направляющих гидрораспределителей, изложенные в 2.4.1, распространяются и на дросселирующие гидрораспределители. Признаком дросселирующего гидрораспределителя в его условном обозначении является наличие двух дополнительных параллельных линий над обозначением и под ним (см. рисунок 2.15в). При этом квадраты в обозначении соответствуют характерным позициям гидрораспределителя.

Основными преимуществами золотниковых гидрораспределителей являются их компактность и разгруженность от осевых сил, что значительно уменьшает усилие, необходимое для управления золотником.

Существенным недостатком дросселирующих гидрораспределителей является возможность загрязнения зазоров между золотником и корпусом. Поэтому в системах автоматического управления для устранения отмеченного явления золотникам сообщают поворотные или возвратно-поступательные колебания высокой частоты (более 50 Гц) и небольшой амплитуды (от 10 до 100 мкм). Обеспечивается это с помощью механических вибраторов или электромеханических средств.

Золотниковые распределители получили наибольшее распространение в гидроприводе благодаря простоте их изготовления, компактности и высокой надёжности в работе. Они применяются при весьма высоких значениях давления (до 32 МПа) и значительно бо́льших расходах, чем крановые распределители.

Крановые распределители в гидроприводе нашли самое широкое применение. Конструктивно их запорный элемент выполнен в виде цилиндрической, конической, шаровой пробки или в виде плоского поворотного крана.

Клапанные распределители. Главным недостатком наиболее распространенных золотниковых распределителей являются утечки, которые не позволяют удерживать гидродвигатель под нагрузкой в неподвижном состоянии, а также невозможность работы при высоких давлениях (свыше 32 МПа). В таких случаях для позиционного переключения предпочтительны клапанные распределители, имеющие увеличенные по сравнению с золотниками размеры и массу, но позволяющие герметически перекрывать гидролинии. Клапанные распределители применяются, в основном, в гидросистемах, в которых необходимо обеспечить хорошую герметичность. Для этого запорный элемент распределителя выполняют, как правило, в виде конического или шарового клапана.

Регуляторы давления

Регуляторами давления называются устройства, предназна- ченные для поддержания заданного давления рабочей жидкости в любой точке гидропривода. К ним относятся предохранительные, переливные и редукционные клапаны, обратные клапаны и принцип действия которых основан на уравновешивании сил давления жидкости м еханической или газовой пружиной.

Рис. 2. Схема включения предохранительного клапана

Предохранительный клапан - трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением путём автоматического выпуска избытка жидкой, паро и газообразной среды из систем и сосудов с давлением сверх установленного. Клапан также должен обеспечивать прекращение сброса среды при восстановлении рабочего давления. Предохранительный клапан является арматурой прямого действия, работающей непосредственно от рабочей среды, наряду с большинством конструкций защитной арматуры и регуляторами давления прямого действия. Опасное избыточное давление может возникнуть в системе как в результате сторонних факторов (неправильная работа оборудования, передача тепла от сторонних источников, неправильно собранная тепломеханическая схема и т. д.), так и в результате внутренних физических процессов, обусловленных неким исходным событием, не предусмотренным нормальной эксплуатацией. ПК устанавливаются везде, где может это произойти, то есть практически на любом оборудовании, но в особенности они важны в сфере эксплуатации промышленных и бытовых сосудов, работающих под давлением.

Существуют и другие виды предохранительной арматуры, но клапаны используются наиболее широко вследствие простоты своей конструкции, лёгкости настройки, разнообразия видов, размеров и конструктивных исполнений.

Принцип действия

На 141 рисунке - чертёж типичного пружинного клапана прямого действия. На его примере рассмотрим типичную конструкцию. Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана. Запорный орган состоит из затвора и седла. Если рассматривать поясняющий рисунок, то в этом простейшем случае затвором является золотник, а задатчиком выступает пружина. С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие на золотнике обеспечивало его прижатие к седлу запорного органа и препятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным винтом. Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействует сила от рабочего давления в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан и сила от задатчика, препятствующая открытию. С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу. В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступает равновесие активных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана. Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан .С понижением давления в защищаемой системе, вызываемом сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается.

Давление закрытия в ряде случаев оказывается на 10 - 15 % ниже рабочего давления, это связано с тем, что для создания герметичности запорного органа после срабатывания требуется усилие, значительно большее, чем, то, которого было достаточно для поддержания герметичности клапана перед открытием. Это объясняется необходимостью преодолеть при посадке силу сцепления молекул среды, проходящей через щель между уплотнительными поверхностями золотника и седла, вытеснить эту среду. Также понижению давления способствует запаздывание закрытия запорного органа, связанное с воздействием на него динамических усилий от проходящего потока среды, и наличие сил трения, требующих дополнительного усилия для его полного закрытия.

Классификация предохранительных клапанов:

По принципу действия

- клапаны прямого действия - обычно именно эти устройства имеют в виду, когда используют словосочетание предохранительный клапан, они открываются непосредственно под действием давления рабочей среды;

- клапаны непрямого действия - клапаны с управлением путём использования постороннего источника давления или электроэнергии, общепринятое название таких устройств импульсные предохранительные устройства;

По характеру подъёма замыкающего органа

- клапаны пропорционального действия (используются на несжимаемых средах);

- клапаны двухпозиционного действия.

По высоте подъёма замыкающего органа мало подъёмные

- среднеподъёмные;

- полноподъёмные.

По виду нагрузки на золотник грузовые или рычажно-грузовые

- пружинные;

- рычажно-пружинные;

- магнито-пружинные.

Рис. 12. Пружинный клапан прямого действия

Предохранительные клапаны как правило имеют угловой корпус, но могут иметь и проходной, независимо от этого клапаны устанавливаются вертикально так, чтобы при закрывании шток опускался вниз. Большинство предохранительных клапанов изготавливаются с одним седлом в корпусе, но встречаются конструкции и с двумя сёдлами, установленными параллельно. Малоподъемными называются предохранительные клапаны, у которых высота подъема запирающего элемента (золотника, тарелки) не превышает 1/20 диаметра седла, полноподъемными - клапаны, у которых высота подъема составляет 1/4 диаметра седла и более. Существуют также клапаны с высотой подъема тарелки от 1/20 до 1/4, их обычно называют среднеподъемными. В малоподъемных и среднеподъемных клапанах подъем золотника над седлом зависит от давления среды, поэтому условно их называют клапанами пропорционального действия, хотя подъем не пропорционален давлению рабочей среды. Такие клапаны используются, как правило, для жидкостей, когда не требуется большая пропускная способность. В полноподъемных клапанах открытие происходит сразу на полный ход тарелки, поэтому их называют клапанами двухпозиционного действия. Такие клапаны высоко производительны и применяются как на жидких, так и на газообразных средах. Наибольшие различия в конструкциях предохранительных клапанов заключаются в видах нагрузки на золотник.

Пружинные клапаны. В них давлению среды на золотник противодействует сила сжатия пружины. Один и тот же пружинный клапан может быть использован для различных пределов настройки давления срабатывания путём комплектации различными пружинами. Многие клапаны изготавливаются со специальным механизмом (рычагом, грибком и др.) ручного подрыва для контрольной продувки клапана. Это делается с целью проверки работоспособности клапана, так как во время эксплуатации могут возникнуть различные проблемы, например прикипание, примерзание, прилипание золотника к седлу. Однако в некоторых производствах в условиях агрессивных и токсичных сред, высоких температур и давлений, контрольная продувка может быть очень опасной, поэтому для таких клапанов возможность ручной продувки не предусматривается и даже запрещается.

Чаще всего пружины подвергаются воздействию рабочей среды, которая сбрасывается из трубопровода или ёмкости при срабатывании, для защиты от слабоагрессивных сред применяют специальные покрытия пружин. Уплотнение по штоку в таких клапанах отсутствует. В случаях же работы с агрессивными средами в химических и некоторых других установках пружину изолируют от рабочей среды при помощи уплотнения по штоку сальниковым устройством, сильфоном или эластичной мембраной. Сильфонное уплотнение применяется также в тех случаях, когда утечка среды в атмосферу не допускается, например на АЭС.

Рычажно-грузовые клапаны. В таких клапанах( рис.12 ) усилию на золотник от давления рабочей среды противодействует сила от груза, передаваемая через рычаг на шток клапана. Настройка таких клапанов на давление открытия производится фиксацией груза определённой массы на плече рычага. Рычаги также используют для ручной продувки клапана. Такие устройства запрещено использовать на передвижных сосудах. Для герметизации сёдел больших диаметров требуются значительные массы грузов на длинных рычагах, что может вызвать сильную вибрацию устройства, в этих случаях применяются корпуса, внутри которых сечение сброса среды образовано двумя параллельно расположенными сёдлами, которые перекрываются двумя золотниками при помощи двух рычагов с грузами. Таким образом, в одном корпусе монтируются два параллельно работающих затвора, что позволяет уменьшить массы груза и длины рычагов, обеспечивая нормальную работу клапана.

Рис. 12. Рычажно-грузовые клапаны

Магнито - пружинные клапаны. В этих устройствах используется электромагнитный привод, то есть они не являются арматурой прямого действия. Электромагниты в них могут обеспечивать дополнительное прижатие золотника к седлу, в этом случае при достижении давления срабатывания по сигналу от датчиков электромагнит отключается и давлению противодействует лишь пружина, клапан начинает работать как обычный пружинный. Также электромагнит может создавать усилие открытия, то есть противодействовать пружине и принудительно открывать клапан. Существуют клапаны, в которых электромагнитный привод осуществляет и дополнительное прижатие, и усилие открытия, в этом случае пружина служит для подстраховки на случай прекращения электропитания, при обесточении такие устройства начинают работать как пружинные клапаны прямого действия. Магнито - пружинные клапаны применяются чаще всего в сложных импульсных предохранительных устройствах в качестве управляющих или импульсных клапанов.

Главным и наиболее ответственным требованием, предъявляемым к предохранительным клапанам, является высокая надёжность, включающая в себя:

- безотказное и своевременное открытие клапана при заданном превышении рабочего давления в системе;

- обеспечение клапаном в открытом положении требуемой пропускной способности;

- осуществление своевременной обратной посадки (закрытия) с требуемой степенью герметичности при заданной величине падения давления в системе после аварийного срабатывания и сохранения установленной степени герметичности при последующем возрастании давления до величины рабочего;

- обеспечение стабильности работы, то есть сохранение в течение всего срока эксплуатации и заданного числа циклов срабатывания параметров настройки и требуемой степени герметичности запорного органа при рабочем давлении. Предохранительные клапаны подлежат периодической проверке в специализированной организации или испытанию в действии. Все клапаны должны быть испытаны на прочность, плотность, а также герметичность сальниковых соединений и уплотнительных поверхностей

По воздействию жидкости на рабочие элементы различают клапаны прямого действия (одноступенчатые) и клапаны непрямого действия (двухступенчатые), у которых поток жидкости воздействует на запирающий элемент через промежуточное устройство. На рис. 4 приведены принципиальные схемы наиболее распространенных клапанов прямого действия с шариковым, конусным и плоским рабочими органами. Клапан состоит из корпуса, в котором образованы каналы входа 2 и выхода 3 и размещен запирающий элемент 4, герметично перекрывающий входной канал с помощью пружины 5. Герметичность клапана обеспечивается контактом запирающего элемента с поверхностью канала входа в клапан, называемый седлом. Седло и запирающий элемент составляют затвор клапана.

Рис. 3. Схемы предохранительных клапанов

Редукционный клапан - это автоматически действующий пневматический или гидравлический дроссель, предназначенный для поддержания на постоянном уровне давления на выходе. Сопротивление редукционного клапана в каждый момент пропорционально разности между переменным давлением на входе и постоянным (редуцированным) давлением на выходе.

Рис. 1. Конструктивная схема простейшего редукционного клапана

Эти клапаны применяются в гидроприводе в том случае, когда от одного источника гидравлической энергии (насоса) необходимо запитать несколько потребителей гидравлической энергии (гидродвигателей), работающих одновременно и имеющих разный характер нагрузки. Необходимость применения редукционного клапана обусловлена тем, что включение в работу одного из гидродвигателей приводит (при отсутствии данного редукционного клапана) к изменению давления на входе в остальные гидродвигатели, а следовательно, и к падению усилий на выходных звеньях гидродвигателей. Если гидродвигатели включаются в работу не одновременно или имеют одинаковые нагрузочные характеристики, то использование редукционных клапанов, как правило, не является обязательным. Например, отвал бульдозера приводится в движение обычно двумя гидроцилиндрами. Но поскольку оба гидроцилиндра приводят в движение один и тот же рабочий орган (то есть, отвал), то их характер нагрузки является одинаковым, и в гидросистемах бульдозеров редукционные клапаны, как правило, не применяются. В пневмоприводах применение редукционных клапанов является обязательным, поскольку, вследствие сжимаемости воздуха, пневмосистемы склонны к значительным колебаниям давления.

На рис. 1 показана конструктивная схема простейшего редукционного клапана. При увеличении входного давления Рн возрастает давление в полости Б, а также давление в полости В (редуцированное давление Рред). Под действием возросшего редуцированного давления плунжер смещается влево, тем самым уменьшая размер дроссельной щели у. При этом возрастает сопротивление потоку жидкости при прохождении её через дроссельную щель, а значит, возрастают и потери давления. Как следствие уменьшается значение редуцированного (выходного) давления Рред. Таким образом обеспечивается устойчивость значения выходного давления при изменении входного давления. Следует отметить, что в описанном процессе возросшее давление в полости Б не мешает перемещению плунжеров влево, так как это возросшее давление действует не только на дросселирующую конусную головку, но и на уравновешивающий поршень, и эти силовые воздействия уравновешивают друг друга.

Виды редукционных клапанов:

- Редукционный клапан прямого действия (не требует внешнего источника питания).

- Клапаны, управляемые пневмо или электроприводом.

Перепускной клапан (переливной клапан) - это устройство, предназначенное для поддержания давления среды на требуемом уровне путём перепуска её через ответвление трубопровода. Перепускной клапан поддерживает давление в системе путём непрерывного отвода жидкости (газа), чем он отличается от предохранительного клапана, который ограничивает повышение давления в системе сверх заданного путём однократного или периодического отвода жидкости (газа) из системы. Внешне перепускной и предохранительный клапаны могут не отличаться друг от друга. Также, как и редукционный клапан, перепускной клапан поддерживает постоянство давления в системе. Однако перепускной клапан поддерживает постоянным давление на входе в клапан («до себя»), а редукционный клапан поддерживает постоянство давления на выходе(«после себя»).

Перепускной клапан (blow-off) используется для сброса избыточного давления, создаваемого во впускном коллекторе в атмосферу. Также, существует вариант сброса избыточного давления в начало тракта впуска (bypass).

Перепускной клапан в системе подачи топлива устанавливается рядом с топливным насосом, а иногда и объединяется с ним. Он предназначается для слива избыточного топлива, подаваемого топливным насосом, обратно в топливные баки. Таким образом, перепускной клапан обеспечивает одинаковое давление в топливоподкачивающей системе, независимо от режима работы двигателя. Соленоидный клапан работает вместе с перепускным, перекрывая его, таким образом, герметизируя цепь высокого давления. Избыточное давление образуется вследствие работы турбо наддува ДВС. Перепускной клапан предназначен для возвращения жидкости из расширительного бака в радиатор охлаждения. Это необходимо, потому что при охлаждении антифриз уменьшается в объёме и в системе образуется разрежение.

Обратный клапан - вид защитной трубопроводной арматуры, предназначенный для недопущения изменения направления потока среды в технологической системе. Обратные клапаны пропускают среду в одном направлении и предотвращают её движение в противоположном, действуя при этом автоматически и являясь арматурой прямого действия (наряду с предохранительными клапанами и регуляторами давления прямого действия). С помощью обратной арматуры возможно защитить различное оборудование, трубопроводы, насосы и сосуды под давлением, а также существенно ограничить течь рабочей среды из системы при разрушении её участка.

Применяются обратные клапаны с различными запорно-регулирующими элементами, например, в виде шарика или конуса. Обычный гидравлический обратный клапан состоит из корпуса, шарика и пружины 2. При движении жидкости в прямом направлении запорно-регулирующий элемент отжимается от седла и поток с минимальными потерями проходит через рабочее окно клапана. При обратном направлении потока жидкость прижимает запорно-регулирующий элемент к седлу. Движение жидкости в этом направлении прекращается. Пружины предназначены лишь для преодоления сил трения при посадке запорного элемента на седло. Так как пружины приводят к увеличению перепада давление на клапане при прохождении потока в прямом направлении, а допустимая величина перепада давления на обратных клапанах составляет 0,01…0,03 МПа, то жесткость пружин обычно выбирают минимальной. Обратные клапаны изготавливаются как отдельно, так и встроенными в узлы и агрегаты. На корпуса обратных клапанов наносят стрелку, указывающую направление движения рабочей жидкости через клапан. Важность функции этих устройств заключается в том, что они выполняют свою задачу как в режиме нормальной эксплуатации, например в случае объединения напорных линий нескольких насосов в одну, на каждой из них устанавливается один или несколько обратных клапанов для защиты от давления работающего насоса остальных, так и в аварийных ситуациях, например при аварийном падении давления на одном из участков трубопровода, на смежных давление сохраняется, что может привести к образованию обратного тока среды, недопустимого для нормальной работы системы и опасного для её оборудования.

Обратные клапаны используются:

- в гидроприводах с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости как подпиточные клапаны;

- в гидроприводах, состоящих из нескольких насосов, для исключения взаимного влияния при их одновременной работе;

- в блоках фильтрации, устанавливаемых в реверсивных гидролиниях, для обеспечения движения жидкости через фильтр только в одном направлении;

- в гидролиниях, где требуется однонаправленное движение жидкости.

Основными видами обратных клапанов являются собственно обратные клапаны и обратные затворы, главное их различие — в конструкции затвора (элемента, который перекрывает поток среды, садясь в седло), у первых он выполняется в виде золотника, у вторых — в виде круглого диска, который часто именуют захлопка.

Обратные клапаны как правило устанавливаются на горизонтальных участках трубопроводов, а затворы — как на горизонтальных, так и на вертикальных участках. По направлению потока рабочей среды клапаны обратные в основном выполняются проходными (направление потока в них не изменяется), но встречаются и угловые (направление потока меняется на 90°), а затворы обратные - только проходными.

Принцип действия

При отсутствии потока среды через арматуру золотник в обратном клапане или захлопка в обратном затворе под действием собственного веса или дополнительных устройств (например пружины) находятся в положении «закрыто», то есть затвор находится в седле корпуса. При возникновении потока затвор под действием его энергии открывает проход через седло. Ясно, что для того, чтобы поток среды изменил своё направление на противоположное он должен остановиться. В этот момент скорость потока становится нулевой, затвор возвращается в исходное закрытое положение, а давление с обратной стороны прижимает золотник или захлопку, препятствуя возникновению обратного потока среды. Таким образом, срабатывание обратной арматуры происходит под действием самой среды и является полностью автоматическим.

Обратные клапаны до 1982 года в России назывались подъемными клапанами, затвором в них служит золотник, который перемещается возвратно-поступательно по направлению потока среды через седло. По конструкции и технологии изготовления обратные клапаны проще, чем другие типы, при этом позволяют обеспечить надёжную герметичность, но такие устройства более чувствительны к загрязнённым средам, при воздействии которых возможно заедание клапана. В обратных клапанах ось прохода в седле корпуса и, соответственно, ось подъёма золотника расположены как правило перпендикулярно оси трубопровода. Корпус обратного клапана практически аналогичен корпусу запорного клапана, но крышки и золотники обратных и запорных клапанов существенно отличаются. Золотник обратного клапана имеет хвостовик, который перемещается по направляющей в крышке клапана. Чаще всего посадка золотника на седло происходит под действием собственного веса, что требует установки обратных клапанов только на горизонтальных участках трубопроводов. Чтобы обеспечить посадку золотника на седло при установке клапана на вертикальных или наклонных участках, используют пружину в качестве дополнительного прижимного элемента.

Имеются конструкции обратных клапанов специально для вертикальных трубопроводов, например:

Шаровые обратные клапаны. Затвором в них служит шаровой элемент, а прижимным элементом - пружина. Такие обратные клапаны обычно применяются на малых диаметрах трубопроводов, в основном в сантехнике.

Приёмные обратные клапаны. Такие устройства устанавливаются на конце вертикального всасывающего трубопровода перед насосом. Они имеют сетку, предохраняющую насос от попадания в него со средой твёрдых частиц или посторонних предметов. Такие клапаны изготовляются с диаметрами до 200 мм.

Обратный затвор. Ранее эти устройства назывались поворотными обратными клапанами. В отличие от большинства видов обратных клапанов, в обратных затворах ось седла совпадает с направлением потока среды через затвор. Седло при отсутствии потока через него перекрывается захлопкой (на рис. справа выделена красным цветом, на рис. слева вид на захлопку изнутри), которая закреплена на оси, расположенной выше оси прохода. Под действием среды захлопка поворачивается на некоторый угол, открывая ей проход, при остановке потока захлопка под собственным весом падает на седло. В затворах с большими диаметрами при этом происходит удар захлопки о седло, что со временем может привести к выходу затвора из строя и появляется возможность гидравлического удара в системе при срабатывании устройства. В связи с этим обратные затворы делятся на:

Простые. Затворы с диаметрами до 400 мм, в которых ударные явления не оказывают серьёзного влияния на работу затвора и систему, в которой он установлен.

Безударные. Затворы со специальными устройствами, которые делают посадку захлопки на седло более плавной и мягкой. В качестве таких устройств применяются гидравлические демпферы и грузы, устанавливаемые на захлопку непосредственно, или с помощью рычага. Существенный минус безударных конструкций заключается в невозможности их установки на любых участках трубопровода, кроме горизонтальных. В целом обратные затворы имеют ряд преимуществ перед обратными клапанами, среди которых меньшая чувствительность к загрязнённым средам и возможность обеспечения работоспособности затворов для весьма больших диаметров трубопроводов, например таких как гигантский обратный затвор на рисунке, использующийся NASA в воздушных системах.

Межфланцевые обратные клапаны. Более компактные технические решения для уменьшения строительной длины и затрат на монтаж используются в межфланцевых пружинных дисковых и двустворчатых обратных клапанах. Основное их отличие от стандартных обратных клапанов (затворов) — отсутствие фланцев для соединения с трубопроводами. То есть конструктивные особенности клапана позволяют обойтись без увеличивающих размеры и массу оборудования ответных фланцев. При этом вес межфланцевого обратного клапана может быть в 5 раз меньше, а строительная длина — может в 6 - 8 раз меньше чем у аналогичных конструкций с использованием обычных обратных клапанов или затворов. Клапаны, имеющие рабочие элементы по размерам движущегося потока, монтируются во фланцевых разрывах трубопроводов с использованием соответствующих для перекачиваемого материала прокладок. Принципиальным также является возможность установки подобных клапанов не только на горизонтальных, но и вертикальных участках трубопроводов. Межфланцевые пружинные дисковые обратные клапаны могут оснащаться специальными резьбовыми отверстиями для снятия статического заряда. Подобная модификация востребована на взрывоопасных химических производствах.

Межфланцевые пружинные дисковые обратные клапаны. Принцип действия межфланцевых пружинных дисковых обратных клапанов аналогичен приципу действия шаровых обратных клапанов. Но за счет использования в качестве затвора диска (пластины) вместо шара достигаются преимущества в весе и строительной длине конструкции. По этой же причине диапазон размеров межфланцевых пружинных дисковых обратных клапанов больше и составляет 15÷200 мм. Межфланцевые пружинные дисковые обратные клапаны могут устанавливаться и в стандартном горизонтальном исполнении, а также - вертикально.

Межфланцевые двухстворчатые обратные клапаны. Диапазон размеров межфланцевых двустворчатых обратных клапанов ещё шире, чем у межфланцевых пружинных дисковых обратных клапанов - от 50 до 700 мм. В сложных и больших системах при остановках насосов или в результате каких-либо аварийных ситуаций могут возникать гидроудары, которые могут нанести существенный ущерб всей системе. В таких случаях рекомендуется использовать клапаны с амортизаторами для демпфирования гидроударов. Актуально также исполнение клапанов со специальной антикоррозионной футеровкой:

-исполнение с пластиковой футеровкой: для питьевой воды и морской воды;

-исполнение с резиновой футеровкой: для морской воды, канализации, судостроения.

Регуляторы расхода

Регулятор расхода - регулируемый гидроаппарат предназначенный для поддержания заданного расхода вне зависимости от перепада давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости. Однако гидравлический дроссель - это регулируемый гидроаппарат, предназначенный для поддержания заданного расхода рабочей жидкости в зависимости от перепада давлений на дросселе. Регуляторы расхода часто используют в объёмном гидроприводе, в системах стабилизации скорости движения вала гидромотора или штока гидроцилиндра. Например, будучи установленным в сливной гидролинии он поддерживает на постоянном уровне слив из гидродвигателя, и таким образом поддерживает постоянной скорость движения рабочего органа. На практике, однако, из – за изменений свойств жидкости расход через регулятор расхода колеблется в пределах 10 %. Принцип работы дроссельного регулятора расхода состоит в следующем. На гидро дросселе при заданном расходе образуется перепад давлений. В случае увеличения или уменьшения расхода, соответственно, увеличивается или уменьшается перепад давлений. Один из каналов, управляющих движением запорно-регулирующего клапана, подключается ко входу дросселя, а второй канал - к выходу дросселя. При изменении перепада давлений на дросселе также изменяется и разница давлений в управляющих каналах клапана.

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.6.10).

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 деформацией потока жидкости и вихре образованиями, вызванными местными сопротивлениями. Изменение перепада давления, а, следовательно, и изменение расхода жидкости через такие дроссели достигается изменением или площади проходного сечения, или числа местных сопротивлений.

В регулируемых (рис.6.11, а, б, в, г) и нерегулируемых (рис.6.11, д, 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.6.11, 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.6.11, д). В таких дросселях расстояние между пластинами l должно быть не менее (3…5) d, а толщина пластин s не более (0,4…0,5) d.

Рис.6.11. 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

К нелинейным дросселям относятся также и комбинированные дроссели, в которых потери давления по длине и местные потери соизмеримы между собой по величине и в равной мере оказывают влияние на расход жидкости через дроссель (рис.6.11, б). На характеристику комбинированных дросселей влияет вязкость рабочих жидкостей. Поэтому такие дроссели целесообразно применять в гидросистемах, в которых температура рабочей жидкости изменяется в небольших пределах. Важной характеристикой дросселей является их равномерная и устойчивая работа при малых расходах. Однако устойчивая работа дросселя возможно при уменьшении площади до определенного предела, ниже которого расход становится нестабильным. Это объясняется облитерацией - заращиванием проходного отверстия. Сущность облитерации заключается в том, что в микронеровностях узких каналов задерживаются и оседают твердые частицы, содержащиеся в рабочей жидкости. Если размеры частиц, загрязняющих жидкость, соизмеримы с размером рабочего окна, то может произойти полное его заращивание и прекращение расхода жидкости через дроссель. При увеличении площади рабочего окна расход жидкости восстанавливается.

Причиной облитерации рабочего окна может быть не только недостаточная очистка рабочей жидкости, но и адсорбция поляризованных молекул рабочей жидкости на стенках щели. Адсорбируемые молекулы образуют многорядный слой, толщина которого может достигать 10 мкм. Этот слой способен сопротивляться значительным нормальным и сдвигающим нагрузкам. В конечном итоге происходит постепенное уменьшение площади живого сечения рабочего окна, а при малых значениях и полное его заращивание. Соответственно уменьшается до нуля и расход жидкости через дроссель. При страгивании с места запорного элемента дросселя адсорбционный слой молекул разрушается, а первоначальный расход восстанавливается.

Поэтому, чтобы добиться малого расхода в ответственных гидросистемах, применяют специальные конструкции дросселей. В таких дросселях рабочему органу (игле, пробке, диафрагме и т.д.) сообщаются непрерывные вращательные или осциллирующие движения. Благодаря этим движениям на рабочей поверхности проходного окна дросселя не образуется слоя адсорбированных молекул и не происходит заращивание щели.

Рис.6.12. Проливочные характеристики

а - дросселя Г77-11; б - регулятора расхода Г55-21

Недостатком дросселей является неравномерность расхода, вызванная изменением перепада давлений у дросселя. На рис.6.12, а приведена проливочная характеристика дросселя Г77 11 Q = f(ΔP), из которой видно, что с изменением перепада давлений (вызванного, например, изменением нагрузки на гидродвигатель)

Рис.6.12. Проливочные характеристики

а - дросселя Г77-11; б - регулятора расхода Г55-21

Рис.6.12. Проливочные характеристики

а - дросселя Г77-11; б - регулятора расхода Г55-21

Для частичного или полного устранения неравномерности расхода применяют регуляторы расхода, в которых перепад давлений в дросселе ΔP во время его работы поддерживается примерно постоянным. Конструктивно этот аппарат состоит из последовательно включенных редукционного клапана и дросселя. Расход жидкости через регулятор устанавливается дросселем 1, а постоянство перепада давления на дросселе - редукционным клапаном 2 (рис.6.13). При увеличении расхода Q через дроссель увеличивается перепад давлений δP=P1 - P2, который вызывает смещение вверх запорно-регулирующего элемента клапана. Проходное сечение уменьшается, и при этом расход на выходе из регулятора будет уменьшен. Благодаря постоянству перепада давлений у дросселя расход жидкости через регулятор и скорость движения выходного звена гидродвигателя не изменяются при изменении нагрузки. Вид проливочной характеристики Q = f(ΔP) регулятора расхода Г55-21 приведен на рис.6.12, б, а его конструкция на рис.6.14. При работе гидропривода вследствие изменения коэффициента расхода μ, вызванного колебаниями температуры рабочей жидкости, расход через регулятор все же изменяется. Для серийных конструкций регуляторов это изменение составляет 10…12%.

Делители (сумматоры) потока

Делителем потока называется клапан соотношения расходов, предназначенный 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.

Делитель потока (рис.6.9) состоит из двух нерегулируемых дросселей 1 и двух дросселей 2, проходные сечения которых могут автоматически изменяться благодаря перемещению плунжера 3. При равенстве нагрузок (F1 = F2) и площадей поршней гидроцилиндров давление P1 = P2 , перепад давлений ΔP = (P3 - P4) = 0, плунжер 3 делителя занимает среднее положение, а расходы в обеих линиях одинаковые. Если нагрузка на один из любых гидродвигателей изменится, то под действием возникшего перепада давлений у плунжера делителя он начнет смещаться из среднего положения, изменяя одновременно проходные сечения дросселей 2. Перемещение прекратится, когда давления P3 и P4 выровняются. В этом положении плунжера расходы в обеих ветвях будут одинаковыми. Таким образом, поддержание равенства расходов в обеих ветвях осуществляется за счет дросселирования потока в той ветви, где гидродвигатель нагружен меньше.

Делитель потока может также быть и сумматором потока (рис.6.9, в). В этом случае в подводимых к нему двух трубопроводах поддерживается постоянный расход рабочей жидкости.

Рис.6.9. Делитель потока:

а - принципиальная схема; б - условное обозначение;

в - условное обозначение сумматора потока

Ограничителем расхода называется клапан, предназначенный для ограничения расхода в гидросистеме или на каком - либо ее участке. Принципиальная схема ограничителя расхода приведена на рис.6.8, а. Он состоит из подвижного поршня 3 и нерегулируемой пружины 6, помещенных внутри корпуса 7. В поршне имеется калибровочное отверстие 2 (нерегулируемый дроссель), а корпусе - окна 4. В сочетании с поршнем 3 окна 4 представляют собой регулируемый дроссель. В исходном положении пружина стремится передвинуть поршень в крайнее левое положение и открыть окна 4. При включении ограничителя расхода в гидросистему жидкость поступает в отверстие 1 и далее проходит через дроссель 2 и окна 4 к отверстию 5. При достижении жидкости через ограничитель расхода у дросселя 2 создается перепад давлений. При увеличении расхода перепад давлений увеличивается и поршень перемещается вправо, частично или полностью перекрывая окна 4. Когда расход в гидросистеме уменьшится, перепад давлений также уменьшится и поршень переместится влево, увеличив открытие окон.

Рис.6.8. Ограничитель расхода:

а - принципиальная схема; б - зависимость Q=f(ΔP); в - условное обозначение

При значении перепада давления ΔP < ΔP0 расход жидкости через ограничитель расхода будет зависеть от ΔP. При ΔP > ΔP0 расход жидкости станет предельным и равным Q0 (см.рис.6.8, б).

Гидравлический усилитель

Гидравлический усилитель для перемещения управляющих органов гидралических органов гидравлических исполнительных механизмов с одновременным усилением мощности управляющего воздействия. Пневматическими и электрическими усилителями является одной из разновидностей усилителей устройств, в которых осуществляется увеличение энергетических параметров сигнала за счет использования энергии вспомогательного источника. Используются гидравлические усилители с дроссельным и со струйным управлением. Они состоят из управляющего устройство и исполнительного устройство. В гидравлическом усилителе рабочая жидкость из напорной магистрали поступает в систему управления через постоянные дроссели к переменным дросселям и рабочим камерам. Входной электрический сигнал через электромеханический преобразователь управляет положениям заслонки. При ее смещении изменяются соотношения проходных сечений рабочих окон гидравлического усилителя, изменяются давления в рабочих камерах, что вызывает перемещение золотника. Усиление по мощности может быть достигнуто более чем в 100000 раз. Гидравлические усилители применяют для управления рулями на самолетах, тяжелых грузовиках, автобусах, промышленных роботах и др.

Гидроусилитель представляет собой замкнутую гидравлическую систему, состоящую из насоса, регулятора давления, бачка с запасом гидравлической жидкости, управляющего золотника и силового гидроцилиндра. Насос (с приводом от двигателя автомобиля или электромотора), регулятор давления (обычно в виде перепускного клапана, сливающего избыток расхода насоса мимо золотника) и бачок с запасом гидравлической жидкости предназначены для создания рабочего перепада давлений в гидросистеме усилителя. Силовой гидроцилиндр двойного действия (то есть умеющий создавать усилие в двух направлениях) в современных легковых автомобилях обычно интегрируется с рулевой рейкой и передает усилие на неё. Золотник устанавливается на рулевой колонке и реагирует на вращательный момент на валу колонки. Придумано множество способов преобразовать вращательный момент рулевого колеса в работу золотника. Большинство основаны на подвижности отдельного участка вала рулевой колонки. В современных машинах роль подвижного элемента колонки обычно играет торсион - радиально пружинящий участок вала рулевой колонки. Золотник реагирует на угловой сдвиг между концами торсиона при наличии усилия на руле. Существуют конструкции с осевой подвижностью участка вала рулевой колонки: осевое перемещение задается винтовой передачей, преобразующей вращательное усилие руля в поступательное движение штока золотника. В некоторых конструкциях усилие поворота колес регистрируется не на рулевой колонке а на других узлах передачи усилия от руля к колесу.

Гидравлические усилители служат для увеличения давления или расхода рабочей жидкости, поступающей от датчика под небольшим давлением. В ряде случаев рабочая жидкость должна подаваться в исполнительные звенья в виде рабочих гидроцилиндров под давлением до 20 МПа. При этом чаще всего приходится регулировать величину и направление потока рабочей жидкости с помощью малых гидравлических или других сигналов. Усилителями служат гидрораспределители и струйные трубки. Гидрораспределитель представляет собою цилиндр, на штоке которого закреплены два поршня (двух кромочный гидрораспределитель). Бывают гидрораспределители и с четырьмя поршнями. Жидкость, подаваемая под большим давлением от насоса, не может переместить одинаковые по размерам поршни, так как давление на них одинаковое. Это перемещение осуществляется жидкостью, поступающей от датчика в цилиндр под небольшим давлением. В среднем положении плунжеры перекрывают оба канала, и жидкость в рабочие цилиндры не подается. Такая система используется в гидросистемах станков с аккумуляторами. Гидроусилитель со струйной трубкой. Струйная трубка диаметром 5 — 7 мм закреплена шарнирно на оси и имеет коническую насадку диаметром 1,8 — 2 мм. От насоса подается масло под давлением 6 МПа. Проходя через коническую насадку, скорость струи масла возрастает, что приводит к увеличению кинетической энергии, преобразующейся в рабочих цилиндрах в потенциальную энергию. При среднем положении трубки давление в соплах 7 и 10 одинаково. Датчик через толкатель поворачивает трубку, преодолевая давление регулируемой пружины. При этом давление в сопле 7 увеличивается, масло пойдет в полость рабочего цилиндра, а в сопле 10 давление уменьшается и масло пойдет на слив. Коническая насадка трубки находится в цилиндрическом колпачке, заполненном маслом, что устраняет подсос воздуха в приемные сопла. В корпусе имеется отверстие для слива масла.

Классификация гидроусилителей

Применяемые в автоматизированных гидроприводах гидроусилители классифируют по следующим признакам.

- по методу управления различают гидроусилители без обратной связью между управляющим элементом и ведомым звеном исполнительного механизма;

- по конструкции управляющего элемента гидроусилители подразделяют на усилители с дросселирующими гидрораспределителями золотникого типа, с соплом и заслонкой, со струйной трубкой, крановые, с игольчатым дросселем;

- по числу каскадов усиления гидроусилители подразделяют на одно, двух и многокаскадные. Многокаскадные применяют в тех случаях когда требуется получить на выходе большую мощность и сохранить при этом высокую чувствительность гидроусилителя;

- по виду сигнала управления гидроусилители подразделяют на усилители с механическим и электрическим сигналами управления.

Гидроусилитель золотникового типа

Гидроусилители золотникового типа получили наибольшее распространение. Они просты по конструкции, разгружены от аксиальных статических сил давления жидкости, легко управляемы, имеют высокий КПД и обеспечивают достижение значительных коэффициентов усиления по мощности. Схема следящего гидроусилителя золотникового типа с гидродвигателем прямолинейного движения и жесткой рычажной обратной связью представлена на рис.4.

Рис.4. Схем гидроусилителя золотникового типа с обратной связью:

1 – шарнир, 2 – тяга, 3 - золотник распределителя, 4 – поршень,

5 - корпус силового цилиндра, 6 – шарнир, 7 - дифференциальный рычаг.

Этот гидроусилитель состоит в основном из тех же элементов что и рассмотренный выше усилитель рулевого привода автомобиля. При перемещении тяги 2, связанной с ручкой управления, перемещается шарнир 1 дифференциального рычага 7 обратной связи, с которым вязаны штоки силового цилиндра 5 и золотника распределителя 3. Так как силы, противодействующие смещению золотника распределителя, значительно меньше соответствующих сил, действующих в системе силового поршня 4, то шарнир 6 может рассматриваться в начале движения тяги 2 как неподвижный, ввиду чего движение его вызовет через рычаг 7 смещение плунжера золотника распределителя 3. В результате при смещении золотника из нейтрального положения, жидкость поступит в соответствующую полость цилиндра 5, что вызовет перемещение поршня 4, а следовательно, и шарнира 6, связанного с "выходом". При этом выходное звено сместится пропорционально перемещению тяги 2. После того как движение тяги 2 будет прекращено, продолжающийся выдвигаться поршень 4 сообщит через рычаг 7 обратной связи плунжеру золотника распределителя 3 перемещение, противоположное тому, которое он получал до этого при смещении тяги 2 управления. Так как при этом расходные окна золотника будут в результате обратного движения плунжера постепенно прикрываться, количество жидкости, поступающей в цилиндр 5, уменьшится, вследствие чего скорость его поршня будет уменьшаться до тех пор, пока плунжер золотника не придет в положение, в котором окна полностью перекроются, при этом скорость станет равной нулю.

При перемещении плунжера золотника в противоположную строну движение всех элементов регулирующего устройства будет происходить в обратном направлении. В действительности отдельных этапов движения "входа" и "выхода" рассматриваемого следящего привода с жесткой обратной связью не существует, и оба движения протекают практически одновременно, т.е. имеет место не ступенчатое, а непрерывное "слежение" исполнительным механизмом за перемещением "входа".

Гидроусилитель с соплом и заслонкой

Гидроусилитель типа сопло - заслонка показан схематически на рис. 5. состоит из сопел 1 и 4, которые вместе с подвижной заслонкой 2 образуют два регулируемых щелевых дросселя, и нерегулируемых дросселей 5 и 12, установленных на пути подвода жидкости из точки 6, куда она подается от насоса. Работа такой дроссельной системы, являющейся первым каскадом гидроусилителя. Исполнительным механизмом гидроусилителя служит гидроцилиндр 9. Первый каскад управляет смещением золотника 8, который является вторым каскадом гидроусилителя и непосредственно управляет гидроцилиндром. Вся система нужна для того, чтобы на входе мог быть использован маломощный электрический командный сигнал от задающей электронной аппаратуры. Этот сигнал подается на подается обмотки миниатюрного электромеханического преобразователя 3 (поворотного электродвигателя) в виде разности напряжений и в результате чего происходит отклонение заслонки 2, до ее отклонения обе дросселирующие ветви А и Б имели одинаковые сопротивления и пропускали одинаковые расходы и . После отклонения сопротивление сопла, к которому приблизилась заслонка, увеличивается и расход через него уменьшается. Расход в другой ветви возрастает. При этом возникает неравенство давлений и в узловых точках ветвей. Эта разница давлений вызывает смещение золотника 8 центрируемого пружинами 7 в 11, что в конечном итоге приводит в действие гидроцилиндр. Если в такой системе па выходе исполнительного механизма, предусмотрен датчик обратной связи 10, сигнализирующий об исполнении подавной команды напряжением, ослабляющим сигнал на входе, то она будет представлять электрогидравлическую следящую систему.

Рис.5. Схема гидроусилителя типа сопло - заслонка

Гидроусилитель типа сопло-заслонка показан схематически на рис. 5. состоит из сопел 1 и 4, которые вместе с подвижной заслонкой 2 образуют два регулируемых щелевых дросселя, и нерегулируемых дросселей 5 и 12, установленных на пути подвода жидкости из точки 6, куда она подается от насоса. Работа такой дроссельной системы, являющейся первым каскадом гидроусилителя. Исполнительным механизмом гидроусилителя служит гидроцилиндр 9. Первый каскад управляет смещением золотника 8, который является вторым каскадом гидроусилителя и непосредственно управляет гидроцилиндром. Вся система нужна для того, чтобы на входе мог быть использован маломощный электрический командный сигнал от задающей электронной аппаратуры. Этот сигнал подается на подается обмотки миниатюрного электромеханического преобразователя 3 (поворотного электродвигателя) в виде разности напряжений и в результате чего происходит отклонение заслонки 2, до ее отклонения обе дросселирующие ветви А и Б имели одинаковые сопротивления и пропускали одинаковые расходы . После отклонения сопротивление сопла, к которому приблизилась заслонка, увеличивается и расход через него уменьшается. Расход в другой ветви возрастает. При этом возникает неравенство давлений и в узловых точках ветвей. Эта разница давлений вызывает смещение золотника 8 центрируемого пружинами 7 в 11, что в конечном итоге приводит в действие гидроцилиндр. Если в такой системе па выходе исполнительного механизма, предусмотрен датчик обратной связи 10, сигнализирующий об исполнении подавной команды напряжением, ослабляющим сигнал на входе, то она будет представлять электрогидравлическую следящую систему.

Главным преимуществом такого гидроусилителя является применение простейших квадратичных дросселей, но чувствительных к засорениям и к изменению вязкости жидкости. Такие дроссели, имея нелинейные характеристики, позволяют при взаимодействии получить характеристики со взаимосвязью входных и выходных параметров близкой к линейной. В рассматриваемой системе, входной параметр - отклонение заслонки 3 ,а выходной - различие давлений и , смещающее золотник 8. Линейность таких взаимосвязей всегда желательна, так как упрощает применение гидроусилителя в качестве составной части сложных автоматических систем. Максимальное смещение не может превышать для упрощении . Для упрощения записи введем понятия проводимости элементов: для нерегулируемых дросселей - близкая к постоянной величина, изменяющаяся только с изменением ; для регулируемых дросселей сопел - переменная величина из-за переменности. Примем выработанные практикой рекомендации для соотношений размеров и проводимостей таких гидроусилителей: Решая совместно уравнения для и с применением принятых обозначении и предпосылок, получаем уравнения статической характеристики гидроусилителя. График относительного различия давлений симметричен относительно оси, соответствующей среднему положению заслонки. При любом соотношении взаимосвязанных смещений и по графику можно найти полный расход через ветви гидроусилителя. При среднем положении заслонки это расход максимален. Рис. 6. показывает, что при соблюдении приведенных выше рекомендаций о размерах и проводимостях элементов дроссельной системы, гидроусилитель способен обеспечить взаимосвязь между смещением заслонки и величиной относительного различия давлений, близкую к линейной. Двустороннее воздействие струй на заслонку позволяет использовать для ее отклонения поворотные электродвигатели, расходующие весьма малую электрическую мощность.

Гидроусилитель с соплом и заслонкой (рис.7) состоит из управляющего элемента в виде нерегулируемого дросселя 1, междроссельной камеры 2, регулируемого дросселя, выполненного в виде сопла 3, заслонки 4 и задающего устройства 6, а также из исполнительного элемента 5.

Рис.7. Гидроусилитель с соплом и заслонкой:

1 - нерегулируемый дроссель, 2 - междроссельная камера, 3 – сопло,

4 – заслонка, 5 - исполнительный элемент, 6 - задающее устройство

Жидкость подается к гидроусилителю со стороны нерегулируемого дросселя. Из междроссельной камеры одна часть жидкости Q₂ вытекает черещель, образованную торцом сопла и заслонкой, а другая Q₁ поступает к исполнительному элементу. При изменении положения заслонки изменяются давление в междроссельной камере и расход через сопло. Одновременно изменяются усилие на исполнительный элемент, расход Q1 и скорость движения выходного звена. Нерегулируемый дроссель может быть выполнен в виде пакета тонких шайб с круглыми отверстиями. Сопло гидроусилителя выполняется в виде цилиндрического насадка или в виде капиллярного канала. Увеличение диаметра сопла приводит к увеличению расхода и быстродействия системы. Заслонка имеет плоскую форму и перемещается от воздействия на нее сигнала управления. Гидроусилитель типа сопло - заслонка отличается простотой конструкции, надежностью в работе и быстродействием. К нему можно подводить жидкость с большим давлением питания P₀. В устройстве сопло - заслонка отсутствуют трущиеся пары, что обеспечивает его высокую чувствительность. Недостатком является непроизводительный расход жидкости через сопло, низкий КПД и невысокий коэффициент усиления по мощности.

Гидроусилитель со струйной трубкой

Гидроусилитель со струйной трубкой (рис.8.) состоит из трубки 5 с коническим насадком на конце, сопловой головки 1 с двумя наклонными коническими расходящимися каналами и устройства управления. Устройство управления струйной трубкой состоит из задающего устройства 4 в виде регулируемой пружины, толкателя 6 и ограничителя 3 хода струйной трубки. Каналы сопловой головки соединены с исполнительным элементом 8 гидроусилителя. Жидкость с параметрами P₀ и Q₀ подается к трубке от источника питания. По трубе 2 жидкость отводится от гидроусилителя на слив. Принцип работы гидроусилителя со струйной трубкой основан на преобразовании удельной потенциальной энергии давления в удельную кинетическую энергию струи, вытекающей из конического насадка, и последующем преобразовании этой энергии в удельную потенциальную энергию давления в каналах сопловой головки.

Рис.8. Гидроусилитель со струйной трубкой:

1 - сопловая головка, 2 - сливной трубопровод, 3 - ограничитель хода,

4 - задающее устройство, 5 - струйная трубка, 6 – толкатель,

7 - внутренняя полость, 8 - исполнительный элемент

Гидроусилитель работает следующим образом. При отсутствии сигнала управления струйная трубка занимает нейтральное положение по отношению к отверстиям в сопловой головке. Вытекающая из насадка струя в одинаковой мере перерывает оба отверстия (рис.8., б), вследствие чего давления в каналах сопловой головки одинаковы, а выходное звено исполнительного элемента неподвижно. При подаче сигнала управления на толкатель струйная трубка смещается из нейтрального положения, равенство площадей отверстий, перекрытых струей, и равенство давлений в каналах сопловой головки нарушается. В результате выходное звено исполнительного элемента начинает перемещаться. При изменении знака сигнала управления выходное звено будет двигаться в другую сторону. Вытесняемая из исполнительного элемента жидкость попадает через канал в сопловой головке в полость 7 усилителя и далее на слив. Для того чтобы в каналы сопловой головки вместе с жидкостью не попал воздух, насадок струйной трубки делают погруженным в жидкость.

Двухкаскадные усилители

Для повышения чувствительности усилителя и обеспечения одновременно увеличения мощности выходного сигнала применяют двухкаскадные устройства, первой ступенью усиления которых является обычно усилитель типа сопло - заслонка, а второй - золотник. Принципиальная схема такого устройства показана на рис.9. Междроссельная камера a этой схемы соединена с правой полостью основного распределительного золотника, плунжер 2 которого находится в равновесии под действием усилия пружины 4 и давления жидкости в этой камере. Жидкость постоянно подводится в штоковую полость b силового цилиндра, поршень которого при одновременной подаче жидкости в противоположную полость перемещается вследствие разности площадей поршня влево, и при соединении этой полости с баком - в правую сторону.

Рис.9. Двухкаскадный усилитель типа сопло-заслонка:

1 – заслонка, 2 – плунжер, 3 - силовой цилиндр, 4 - пружина

На рис.9. усилитель показана в нейтральном положении, в котором правая полость цилиндра 3 перекрыта. При смещении заслонки 1 равновесие сил, действующих на плунжер 2 золотника, нарушится, и он, смещаясь в соответствующую сторону, соединит правую полость силового цилиндра 3 либо с полостью питания (давление P Н), либо с баком. Благодаря тому, что усилие, создаваемое давлением жидкости на плунжер 2 золотника, уравновешивается пружиной 4, перемещение распределительного золотника будет пропорционально перемещению заслонки (регулируемого дросселя), в результате чего достигается приближенная пропорциональность расхода жидкости через золотник и перемещения заслонки. Следовательно, в данном случае имеет место обратная связь по давлению.

Рис.10. Двухступенчатая следящая система с обратной связью по давлению:

1 – пружина, 2 – плунжер, 3 – дроссель, 4 – клапан, 5 - заслонка

Схема применения этого распределительного устройства в следящей системе приведена на рис.10. Плунжер золотника 2 в этой схеме находится в равновесии под действием усилия пружины 1 и давления жидкости в камере a, которая соединена с линией питания через дроссель 3 и со сливом - через сверление b в штоке плунжера. Сопротивление последнего канала, а следовательно, и давление в камере a можно изменять смещением заслонки 5; при этом вследствие нарушения равновесия сил натяжения пружины и давления жидкости плунжер золотника будет следовать за заслонкой. Для повышения чувствительности давление в камере a обычно понижается с помощью клапана 4 или путем питания этой камеры от отдельного источника и, в частности, от сливной магистрали.

Чувствительность, точность и устойчивость гидроусилителей

Гидроусилители следящего типа должны воспроизводить с минимальной ошибкой перемещение выходного звена в соответствии с заданным перемещением входного. Важный показатель качества следящих гидроусилителей - устойчивость, под которой понимается способность системы возвращаться в состояние установившегося равновесия после прекращения действия источника нарушившего его. Одно из условий обеспечения устойчивости гидравлической следящей системы - жесткость с механических и гидравлических элементов. При недостаточной жесткости, в особенности при сочетании ее с высокой чувствительность распределительного устройства устойчивость системы неизбежно нарушается. Последнее можно видеть на (рис.11.), а, на котором показана схема упругого крепления цилиндра гидроусилителя снабженного чувствительным (с малым перекрытием) золотником. При каком - либо импульсе вызывающее смещение выходного звона гидроусилителя, при неподвижном входе цилиндр из-за наличия упругого звена (упругостью ) сместится в сторону действия импульса и повернет относительно точки b рычаг а обратной связи, сместив при этом золотник. Очевидно, при определенных значениях упругости и интенсивности импульса золотник сможет сместиться настолько, что рабочая жидкость поступит в соответствующего полость гидродвигателя и приведет в движение его поршень, в результате чего направление движения рычага, а изменится. При этом потенциальная энергия упругого звена будет способствовать переходу золотника через равновесное положение, в результате цилиндр переместится в обратном направлении и далее процесс колебаний автоматизируется. В реальных условиях на устойчивость гидроусилителя влияют и другие факторы, к которым относятся упругость жидкости в плоскостях системы и трубопроводов присутствие в жидкости нерастворенного воздуха, люфты в механических сочленениях, колебания гидродинамических сил золотниковом распределителе.

Рис.11. Схемы:

а - гидроусилитель с упругим звеном;

б - гидравлического демпфера.

Наиболее простым способом повышения устойчивости системы является увеличение перекрытия окон и уменьшение передаточного числа i. Однако этот способ снижает точность работы гидроусилителя. Надежным способом гашения колебаний служит гидравлическое демпфирование, с помощью которого кинетическая энергия колебаний рассеивается в виде тепла. Конструктивно демпфер представляет собой цилиндр, поршень З которого (рис. 11., 6) связан с золотником 1 распределителя. В поршне выполнено дроссельное отверстие 2. При перемещениях поршня жидкость вытесняется через отверстие и радиальную щель между поршнем и цилиндром из одной полости цилиндра в другую. Сечение дроссельного отверстия 2 выбирают таким, чтобы ого сопротивление не увеличивало чрезмерно усилий при рабочих перемещениях золотника, в режиме управления, но чтобы при высокочастотных вибрационных перемещениях золотника создавалось сопротивление, способное поглотить энергию, возбуждающую колебания.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ

УСТРОЙСТВА ГИДРОПРИВОДА