Регулирующие гидроклапаны

Управляющие элементы гидро- и пневмосистем

План лекции

2.2. Регулирующие гидроаппараты

2.2.1. Гидродроссели

2.2.2. Регулирующие гидроклапаны

2.2.2.1. Предохранительные клапаны

Регулирующие гидроаппараты

Регулирующие гидроаппараты предназначены для управления параметрами гидро и пневмосистем.

Гидродроссели

Гидродроссель – это регулирующий гидроаппарат, предназначенный для получения заданной величины расхода при данной величине перепада давления в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости.

Гидродроссель представляет собой местное гидравлическое сопротивление, которое также может использоваться для снижения давления в отводимом потоке рабочей жидкости при данном расходе.

Важной особенностью гидродросселя является то, что проходное сечение в нем не изменяется под действием потока рабочей жидкости.

Применение гидродросселей в качестве регулирующих элементов объемных гидроприводов требует от них двух качеств:

– возможность получения характеристики гидродросселя желаемого вида;

– сохранение стабильности характеристики гидродросселя во время эксплуатации.

Под характеристикой гидродросселя понимается зависимость потерь давления р_др в гидродросселе (перепада давления на гидродросселе) от расхода Q рабочей жидкости, проходящей через него.

По виду этой зависимости различают гидродроссели:

– линейные – имеют линейную характеристику ∆р_{др =} KQ

– квадратичные - имеют квадратичную характеристику ∆p_др = KQ²

Линейность характеристики линейного гидродросселя на практике обеспечивается за счет наличия в его конструкции протяженного канала малого проходного сечения, внутри которого получают ламинарный режим течения жидкости.

В качестве примера на рис 2.8 приведена конструктивная схема линейного регулируемого гидродросселя, в котором дросселирующим каналом является винтовая линия прямоугольного сечения, нарезанная на поверхности цилиндрического плунжера 1, образующего прецизионную пару с поверхностью гильзы 2.

Рис. 2.8. Линейный регулируемый гидродроссель

Регулирование гидродросселя осуществляется изменением рабочей длины l_к дросселирующего канала за счет вращения винтовой головки 3.

Основным недостатком линейных гидродросселей является нестабильность их характеристики, а именно: зависимость крутизны их характеристики от температуры рабочей жидкости (от ее вязкости). Из-за этой температурной нестабильности характеристики линейные гидродроссели в системах автоматического управления объемными гидроприводами практически не встречаются.

Квадратичные гидродроссели в отличие от линейных имеют стабильную характеристику, не зависящую от температуры жидкости. В связи с этим квадратичные гидродроссели получили наибольшее распространение в гидроприводах и системах гидроавтоматики.

Простейшим квадратичным нерегулируемым (настраиваемым) гидродросселем является жиклер (рис. 2.9, а), представляющий собой отверстие в тонкой стенке, из которого происходит истечение жидкости под уровень.

Рис. 2.9. Нерегулируемый квадратичный гидродроссель (жиклер): а) характер течения жидкости; б) варианты условных обозначений нерегулируемых гидродросселей

Расчетной формулой для такого гидродросселя является формула истечения

,

из которой получаем выражение, определяющее его характеристику:

,

где – коэффициент расхода, для минеральных масел в области квадратичного сопротивления его можно принимать равным 0,65; S_о – площадь проходного сечения отверстия в гидродросселе.

Недостатком этого гидродросселя является то, что для получения на нем достаточно большого перепада давления для относительно малых по величине значений расхода в гидродросселе следует иметь отверстие очень малой площади. При этом даже если удастся изготовить такое отверстие, то во время эксплуатации высока вероятность его засорения, т.е. надежность работы такого гидродросселя будет низкой.

Поэтому на практике при решении подобной задачи рекомендуется использовать пакетные гидродроссели (рис. 2.10).

Такой гидродроссель состоит из набора шайб. При проектировании пакетного гидродросселя необходимо предусмотреть взаимную фиксацию шайб с целью получения максимального разведения отверстий в соседних шайбах. Основные соотношения конструктивных размеров шайб приведены на рис. 2.10, б, наружный диаметр шайбы должен быть не меньше 10 d_д

Рис. 2.10. Пакетный гидродроссель: а) расположение шайб в пакетном гидродросселе; б) конструктивные размеры шайб пакетного гидродросселя

Регулируемым называется гидродроссель, в котором площадь его проходного сечения можно изменять путем воздействия на его запорно-регулирующий элемент извне.

К регулируемым относятся крановые, золотниковые, клапанные (игольчатые) гидродроссели, гидродроссель типа «сопло-заслонка» и др.

У кранового гидродросселя (рис. 2.11, а) запорно-регулирующий элемент 2 (пробка) совершает поворотное движение в корпусе 1 вокруг оси нормальной плоскости рисунка, изменяя при этом площадь проходного сечения гидродросселя. Недостатком такой конструкции является увеличение необходимого момента управления пробкой при значительном рабочем давлении питания. Поэтому крановые гидродроссели рекомендуется использовать в низконапорных гидросистемах.

Рис. 2.11. Регулируемые квадратичные гидродроссели:

а) крановый; б) и в) золотниковые; г) клапанный, или игольчатый;

д) «сопло-заслонка»

У золотникового гидродросселя (рис. 2.11, б и в) запорно-регулирующий элемент 1 (золотник) совершает осевое перемещение в корпусе 2, изменяя при этом площадь проходного сечения гидродросселя за счет изменения величины х. Конструкция золотникового гидродросселя, приведенная на рис. 2.11, в, отличается от предыдущей тем, что жидкость под давлением поступает между двумя поясками золотника, силы давления, возникающие при этом, действуют на золотник в осевом направлении и взаимно уравновешиваются. Усилие управления в этом случае должно преодолевать только силы трения между золотником и гильзой (корпусом), возникающие при перемещении золотника. Торцевые полости в корпусе такого гидродросселя, как правило, сообщаются с гидробаком дренажными гидролиниями.

В клапанном, или игольчатом, гидродросселе (рис. 2.11, г) изменение площади проходного сечения происходит за счет перемещения запорно-регулирующего элемента 1 относительно седла 2, приближаясь или удаляясь от него.

В гидродросселе типа «сопло-заслонка» (рис. 2.11, д) запорно-регулирующий элемент 1 (плоская заслонка) перемещается вдоль оси сопла 2, приближаясь или отдаляясь от него.

Регулирующие гидроклапаны

Гидроклапан – это гидроаппарат, в котором величина открытия рабочего проходного сечения (положение запорно-регулирующего элемента) изменяется от воздействия потока рабочей жидкости, проходящего через гидроаппарат.

Существуют как регулирующие, так и направляющие гидроклапаны.

К регулирующим гидроклапанам относятся напорные и редукционные, а также гидроклапаны разности и соотношения давлений.

По характеру воздействия потока рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент клапана различают гидроклапаны давления прямого и непрямого действия.

В гидроклапанах прямого действия проходное сечение изменяется в результате непосредственного воздействия контролируемого потока рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент клапана.

Гидроклапаны непрямого действияпредставляют собой совокупность, как правило, двух клапанов: основного и вспомогательного, причем величина открытия рабочего проходного сечения основного клапана изме­няется в результате воздействия потока рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент вспомогательного клапана.

Напорным гидроклапаномназывается гидроклапан давления, предназначенный для ограничения давления в подводимом потоке рабочей жидкости.

К напорным гидроклапанам относятся предохранительный и переливной гидроклапаны.