6 Регулювальна й напрямна апаратура
6.1 Загальні відомості про гідроапаратуру
Гідроапаратом називається пристрій, призначений для зміни або підтримки заданого постійного тиску, або витрати робочої рідини, або для зміни напрямку потоку робочої рідини. Гідроапаратура поділяється на регулювальну й напрямну.
Регулювальна гідроапаратура змінює тиск, витрату й напрямок потоку робочої рідини за рахунок часткового відкриття робочого прохідного перетину.
Напрямна гідроапаратура призначена тільки для зміни напрямку потоку робочої рідини шляхом повного відкриття чи закриття робочого прохідного перетину.
Робочий прохідний перетин гідроапаратів змінюється при зміні положення запірно-регулювального елемента, що входить у їхню конструкцію.
За принципом дії запірно-регулювального елемента гідроапарати поділяють на:
– гідроклапани;
– гідроапаратура неклапанної дії (дроселі).
Залежно від конструкції запірно-регулювального елемента гідроапарати поділяють на:
– золотникові;
– кранові;
– клапанні.
За зовнішнім впливом на запірно-регулювальний елемент:
– регульовані;
– налагоджувальні.
Гідроклапаном називається гідроапарат, у якого величина відкриття робочого прохідного перетину змінюється від впливу потоку робочої рідини, що проходить через нього.
За характером впливу на запірно-регулювальний елемент гідроклапани можуть бути прямої й непрямої дії. У гідроклапанах прямої дії величина відкриття робочого прохідного перетину змінюється в результаті безпосереднього впливу потоку робочої рідини на запірно-регулювальний елемент. У гідроклапанах непрямої дії потік спочатку впливає на допоміжний запірно-регулювальний елемент, переміщення якого викликає зміну положення основного запірно-регулювального елемента.
Гідроапаратом неклапанної дії називається гідроапарат, у якому величина відкриття робочого прохідного перетину не залежить від впливу потоку робочої рідини, що проходить через нього. Такі гідроапарати ще називають дроселями. Дроселем називається гідроапарат витрати, призначений для створення опору потоку робочого середовища.
6.2 Напірні гідроклапани
Напірні гідроклапани призначені для обмеження тиску в потоках робочої рідини, що підводяться до них. На рисунку 6.1 наведені принципові схеми напірних клапанів прямої дії з кульковим, конусним, плунжерним і тарілчастим запірно-регулювальними елементами.
Клапан складається із запірно-регулювального елемента 1 (кульки, конуса й т.д.), пружини 2, натяг якої можна змінювати регулювальним гвинтом 3. Отвір 5 корпусу 4 з’єднується з лінією високого тиску, а отвір 6 – із лінією зливання. Частина корпусу, до котрої запірно-регулювальний елемент клапана дотикається, називається сідлом (посадковим місцем).
Рисунок 6.1 – Принципові схеми напірних клапанів із запірно-регулювальними елементами:
а – з кульковим; б – з конусним; в – із золотниковим; г – із тарілчастим
При установці клапана в гідросистему пружину 2 налаштовують так, щоб створюваний нею тиск був більший ніж робочий, тоді запірно-регулювальний елемент буде притиснутий до сідла, а лінія зливу – відділена від лінії високого тиску. При підвищенні тиску в потоці, що підводиться, понад регламентований запірно-регулювальний елемент клапана переміщується вгору, долаючи зусилля пружини, робочий прохідний перетин клапана відкривається, і гідролінія високого тиску з’єднується зі зливною. Уся робоча рідина йде через клапан на злив. Як тільки тиск у напірній гідролінії впаде, клапан закриється, і якщо причина, що викликала підвищення тиску, не буде усунута, процес повториться.
Виникає вібрація запірно-регулювального елемента, супроводжувана ударами по сідлу та коливаннями тиску в системі. Вібрація й удари можуть служити причиною зношування та втрати герметичності клапанів.
Для зменшення частоти коливань й сили удару клапана по сідлу застосовують спеціальні гідравлічні демпфери (рисунок 6.1, б, г). Пристрій складається з камери 7, у якій переміщується плунжер 8. Камера заповнена рідиною. З лінією зливу ця камера з’єднується тонким каліброваним отвором 9 діаметром 0,8...1 мм. При відкриванні клапана плунжер витісняє рідину з камери демпфера. Створюваний при цьому гідравлічний опір, пропорційний швидкості руху плунжера, зменшує частоту коливань, силу удару запірно-регулювального елемента й частково усуває його вібрацію.
Перевага клапанів прямої дії – висока швидкодія. Недолік – збільшення розмірів при підвищенні робочого тиску, а також нестабільність роботи.
При конструюванні напірних клапанів їхній габарит і масу можна зменшити, якщо застосувати диференціальні клапани або клапани непрямої дії.
Диференціальний клапан (рисунок 6.2) складається із плунжера 1, що має два паски діаметрами D і d, на які впливає рідина.
Рисунок 6.2 – Принципова схема диференціального клапана
Завдяки наявності пасків із різними діаметрами зменшується активна площа запірно-регулювального елемента клапана, на котру впливає рідина, і він виявляється частково розвантаженим. Це дозволяє зменшити розміри пружини та всього клапана в цілому. Початкова сила натягу пружини 2 визначається з рівняння
. (6.1)
Зі зменшенням різниці площ пасків хоча й зменшується зусилля пружини, але одночасно зменшується й співвідношення діючих на запірно-регулювальний елемент клапана сил тиску рідини та сил тертя цього елемента об корпус клапана. При певних співвідношеннях D і d ці сили можуть виявитися неспіврозмірними між собою й клапан перестане працювати. Тому в реальних конструкціях диференціальних клапанів приймають таке співвідношення:
. (6.2)
Недоліком диференціальних клапанів є стрибкоподібна зміна тиску й витрати через клапан у момент його відкриття. Тому величину ходу запірно-регулювального елемента клапана обмежують величиною
. (6.3)
Ще більшого зменшення розмірів пружини й усього клапана в цілому при одночасному підвищенні його герметичності можна досягти в клапанах непрямої дії (рисунок 6.3).
Клапан складається з основного запірно-регулювального елемента – золотника 1 східчастої форми; нерегульованої пружини 2 і допоміжного запірно-регулювального елемента 3 у вигляді кулькового клапана прямої дії. Зусилля пружини 4 кулькового клапана регулюється гвинтом 5. Порожнини 7 і 8 з’єднані з гідролінією 10 високого тиску каналами в корпусі клапана. Порожнина 6 з’єднана з порожниною 8 капілярним
|
|
а |
б |
Рисунок 6.3 – Напірний клапан непрямої дії:
а – принципова схема; б – умовне позначення
каналом 9 у золотнику. Пружина кулькового клапана 3 настроюється на тиск PК (на 10 – 20% більший від максимального робочого в гідросистемі).
Якщо при роботі машини тиск у гідросистемі pН < pК, кульковий клапан закритий, у порожнинах 6, 7, 8 установлюється однаковий тиск PН, золотник 1 під впливом пружини 2 займає крайнє нижнє положення, а гідролінія високого тиску 10 відділена від гідролінії зливу 11 (положення клапана відповідає зображеному на рисунку 6.3). Зміна тиску в гідросистемі викликає зміни тиску в порожнинах 6, 7, 8 клапана. У той момент, коли тиск pН перевищить pК, кульковий клапан 3 відкриється й через нього рідина в невеликій кількості почне надходити на злив. У капілярному каналі золотника створюється плин рідини із втратою тиску на подолання гідравлічних опорів. Унаслідок цього тиск рідини в порожнині 6 стане меншим від тиску в порожнинах 7 і 8. Під дією перепаду тисків, що утворився, золотник 1 переміститься нагору, стискаючи пружину й з’єднуючи лінію 10 з лінією 11. Робоча рідина буде надходити на злив, і перевантаження гідросистеми не відбудеться. Однак як тільки лінія високого тиску з’єднається зі зливом, тиск рідини в гідросистемі зменшиться до pН < pК, кульковий клапан закриється й плин рідини по капілярному каналу припиниться. Тиск у порожнинах 6, 7 і 8 вирівняється й під впливом пружини 2 золотник вернеться у вихідне положення, знову відокремивши лінію високого тиску від зливу. Якщо причина, що викликала підвищення тиску в гідросистемі, не буде усунута, процес повториться, і золотник встановиться на певній висоті, при якій тиск у гідросистемі буде підтримуватися постійним.
Коли клапан перебуває в роботі, золотник робить коливальні рухи. Зменшенню коливань золотника сприяє порожнина 7, що виконує функцію демпфера.
Для розвантаження системи або якої-небудь її ділянки клапани непрямої дії можуть керуватися дистанційно. Для цього порожнину 6 за допомогою каналу 12 і крана 13 необхідно з’єднати зі зливом. У результаті тиск у порожнині 6 різко впаде, золотник 1 підніметься вгору, а лінія високого тиску 10 з’єднається зі зливом 11.
Порівняно із клапанами прямої дії клапани непрямої дії мають низку переваг:
1. Плавність і безшумність роботи.
2. Підвищена чутливість.
3. Тиск на вході в клапан підтримується постійним і не залежить від витрати робочої рідини через клапан.