ЛЕКЦИЯ: Хидравлични управляващи устройства.

УВОДРазпределението на работната течност между отделните елементи на

хидравличната система, регулирането и контролирането на някои параметри на потока, както и осигуряването на известна последователност и безопасност, се постигат чрез хидравличните устройства за управление.

1. ХИДРАВЛИЧНИ КЛАПАНИ.Хидравличен клапан се нарича устройството, монтирано в хидравличната

система, предназначено за изменение на налягането на течностния поток.1.1. Предпазни клапани.Те са предназначени за предпазване на цялата хидравлична система или

отделни нейни елементи от повишаване на налягането над допустимото. Това може да се случи при увеличаване на съпротивлението на изпълнителния орган или при внезапно затваряне на тръбопровода. Когато налягането в тръбопровода достигне налягането, на което е настроен предпазният клапан, той се отваря и изпуска излишната течност, подавана от помпата, обратно в резервоара. Налягането в системата спада и клапанът се затваря. По такъв начин клапанът предпазва хидравличната система от претоварване и авария. Режимът на работата му е епизодичен, поради което се допускат високи скорости на движение (10 20 т/s).

В зависимост от вида на затвора предпазните клапани могат да бъдат сферични, конусни, дискови и плунжерни (фиг. 1).

Фиг. 1.

Принципът на действието им се основава на уравновесяване на силата от налягането, действуващо върху затвора, от силата на пружината:

(1)

където р1 е налягането на отваряне на клапана;d - диаметърът на кръга, по който действува налягането при затворен клапан; с - пружинната константа; х - предварителното свиване на пружината. Силата Fпр трябва да превишава с известна стойност (около 20 %) силата на

работното налягане, за да се осигури херметичност на клапана.Мястото на предпазния клапан в системата зависи от характера на работата й

и от това кой от елементите трябва да се защити:а) когато номиналното работно налягане във всички клонове на системата е

приблизително еднакво, системата се предпазва с един предпазен клапан, монтиран паралелно на помпата в началото на напорния тръбопровод;

б) когато в един от клоновете необходимото налягане е по-ниско от това в цялата система, се използуват два клапана - един, поставен паралелно на помпата, настроен на високото налягане, и втори - поставен в началото на клона с ниско налягане, настроен на налягане с 20 % по-високо от това в клона;

в) когато потокът работна течност се реверсира, се използуват два предпазни клапана, работещи е обратни посоки.

1.2. Предпазно-преливни клапани.Тези клапани са-предназначени да поддържат зададено работно налягане

пред входа си, като непрекъснато пропускат работна течност. Принципно предпазно-преливните клапани се различават от предпазните само с постоянното си действие.

Предпазно-преливните клапани се изпълняват обикновено като плунжерни (фиг. 2).

Фиг. 2.

Скоростта през тях се ограничава до 5 8 т/s, максималната им пропускателна способност трябва да е равна или по-голяма от дебита на помпата, работният орган не трябва да трепти.

Силата от предварителното свиване на пружината може да е твърде малка, тъй като уравновесява само силата от налягането по пръстеновидната повърхност:

(2)

2

Дроселният канал К служи за избягване на трептенията на плунжерния затвор.

1.3. Редукционни клапани.Тези клапани са предназначени за поддържане на зададено по-ниско налягане

в потока след тях в сравнение с това преди тях. Обикновено се използуват за понижаване на налягането към няколко консуматора при захранването им от една помпа.

Редукционният клапан, както и предпазно-преливният, е нормално отворен.а) Редукционни клапани за постоянно налягане.Принципната схема на такъв клапан е показана на фиг. 3. Състои се от

бутало с конусен затвор 2, пружина 3 и винт за настройка 4.Под действие на силата на пружината буталото се намира в крайно долно

положение.

Фиг. 3.

При подаване на течност с налягане р1, буталото се повдига нагоре и затворът започва да притваря отвора в корпуса, дроселирайки течностния поток.

Ако налягането р2 в камерата 1 се понижи, под действие на пружината 3 затворът ще се премести надолу, ще се намали съпротивлението на отвора и налягането р2 ще се повиши, възстановявайки началната си стойност. При повишаване на налягането р2 над началното, регулирането протича обратно.

Стойността на редуцираното налягане р2 се задава посредством винта 4.Тъй като силите от налягането р1, върху буталото и затвора в камерата 5 се

уравновесят, уравнението за равновесие, при пренебрегване на триенето и допълнителната деформация на пружината, има вида

(3)

от което следва

3

(4)

Горното уравнение показва, че налягането р2 ще се поддържа постоянно, независимо от изменението на входното налягане р1. В действителност това става в известни граници, които определят чувствителността на клапана.

б) Редукционни клапани за поддържане на постоянна разлика между наляганията на входа и изхода.

Принципната схема на такъв клапан е показана на фиг. 4.

Фиг. 4.

Течността, която се подава с налягане р1, се дроселира на входния отвор от долния пояс на плунжера и напуска клапана с налягане р2. Уравнението за равновесие на плунжера, след пренебрегване на триенето и допълнителното свиване на пружината, има вида

(5)

откъдето

(6)

в) Редукционни клапани за поддържане на постоянно съотношение между наляганията на входа и изхода.

Схемата на такъв клапан е показана на фиг. 5.

4

Фиг. 5.Според показания начин на свързване, след пренебрегване на триенето, може да се запише следното уравнение за равновесие на плунжера:

(7)

откъдето

(8)

Освен разгледаните конструкции съществуват мембранни редукционни клапани, които се използуват при по-ниски налагания преди всичко в пневмозадвижванията.

2. ДРОСЕЛИ.Дроселите са устройства с големи хидравлични съпротивления, на които

геометричните съпротивления на проходния отвор не се променят под действие на протичащия флуид. С други думи, те представляват местни съпротивления, които се използуват за регулиране на дебита или за създаване на определена разлика между наляганията.

Според принципа на действието си дроселите се разделят на линейни и нелинейни. В линейните дросели загубите на налягане се определят основно от триенето при протичане на течността през дълги канали с малки сечения. При тях разликата между наляганията е линейна функция на дебита или средната скорост на потока. В нелинейните дросели загубите се определят от деформацията на потока и вихрообразуването.

Според възможността за регулиране на хидравличното съпротивление дроселите се разделят на нерегулируеми и регулируеми.

2.1. Нерегулируеми дросели.Към тази група се отнасят капилярната тръбичка, втулката, шайбата и

пакетите от шайби (фиг. 6).

5

Фиг. 6.Капилярната тръбичка (фиг. 6 - а) се изработва с дължина l > 20d, което

определя загуби само от триене. Използува се при ниски налягания. Зависимостта p = f(Q) е линейна и нестабилна.

Втулката (фиг. 6 – б) е с дължина l = (1 5)d. Загубите на налягане тук се определят както от триенето по дължината и, така и от внезапното свиване и разширение на течението. Зависимостта p = f(Q) е нелинейна и нестабилна.

Шайбата (фиг. 6 - в) е с дължина на отвора (0,4 1)d, с което се имитира изтичане през отвор в тънка стена. Загубите на налягане се определят главно от внезапното свиване и внезапното разширение на течението, понеже линейните загуби могат да се пренебрегнат. Зависимостта p = f(Q) на този вид дросели е квадратна парабола и не зависи от вискозитета на течността.

За получаване на по-големи съпротивления се използуват пакети от дроселни шайби (фиг. 6 - г). Пакетът се състои от корпуса 7, дроселните шайби 2, дистанционните втулки 3 и капаците 4. За да се избегне взаимното влияние между шайбите, те са разположени на разстояние (3 5)d една от друга, като отворите на съседните шайби не лежат на една ос. Хидравличното съпротивление на пакета се определя като сума от съпротивленията на отделните шайби.

2.2. Регулируеми дросели.Това са регулируеми местни съпротивления (фиг. 7), на които лицата на

проходните отвори се изменят в процеса на работа, а с това и дебитът на течността през тях. Според движението на затвора регулируемите дросели се разделят на вентилни - с паралелно изместване (фиг. 7 - а,г) и кранови - със завъртане (фиг. 7 - д,е).

Фиг. 7.

3. РАЗПРЕДЕЛИТЕЛИ.Разпределителите са хидравлични устройства, които са предназначени за

управление на пускането, спирането и посоката на движение на работната течност в два или повече тръбопровода в резултат на наличието на управляващо въздействие.

3.1. Кранови разпределители.Основни техни елементи (фиг. 8) са тялото 4 и затворът 3 с ръкохватката 1.

При завъртане на затвора се изменя посоката на движение на течността. Затворът може да бъде с цилиндрична или конусна форма. В последния случай за притискане на затвора към корпуса се поставя пружината 2.

6

Фиг. 8.

При цилиндричен затвор за намаляване на пропуските хлабината трябва да е минимална. Крановите разпределители се изработват за налягания до 5 7 МРа и дебит (5 10) ,l/min.

3.2. Плунжерни разпределители.Поради простотата на конструкцията, компактността и голямата надеждност

тези разпределители са получили най-широко разпространение. С тях леко се установява многопозиционност, напълно уравновесени са от силите на налягане, удобни са за автоматично и дистанционно управление. Основни елементи на тези разпределители са плунжерът с пояси и цилиндричната втулка с отвори за свързваме. Най-голямо приложение в хидрозадвижванията намират трипътните и четирипътните плунжерни разпределители. Двупътните се използуват рядко, тъй като по същество те представляват спирателни елементи. Трипътните разпределители се използуват обикновено за управление на еднодействуващи хидроцилиндри (фиг. 9 - а).

Фиг. 9.

При подходящо свързване те могат да управляват и двойнодействуващи цилиндри с едностранен прът и двустранно действие (фиг. 9 - б).

Когато буталната камера се свърже с помпата, поради различната ефективна площ на двете страни на буталото, то извършва ход надясно. Когато същата камера се свърже с отвеждащата тръба, под действие на налягането в камерата с буталния прът буталото извършва ход наляво.

Четирипътните разпределители се използуват в схеми с двойнодействуващи хидродвигатели (фиг. 9 - в).

Плунжерните разпределители работят при налягания до 30 МРа и дебити до

7

1000 dm3/тin.

4. РЕГУЛАТОРИ НА ДЕБИТ.Тези устройства са предназначени да регулират и автоматично да поддържат

постоянен дебит на работната течност в един или повече клонове на хидравличната система при изменение на налягането. Обикновено това е необходимо за поддържане на постоянна скорост на изпълнителните елементи, независимо от изменението на външното им натоварване. Задачата не може да се реши само с един дросел. За целта се използуват комбинирани устройства, включващи различни дросели и клапани.

4.1. Двупътен регулатор на дебит.Устройството (фиг. 10) е съчетание от регулируем дросел 7 и плунжерно-

буталния редукционен клапан 2 с пружината 3.

Фиг. 10.

Може да се използува за регулиране на скоростта на изпълнителния механизъм чрез въздействие върху течностния поток както на входа, така и на изхода на хидродвигателя.

При регулиране на входа на двигателя налягането р1 е равно на налягането на помпата, което се поддържа постоянно чрез предпазно-преливен клапан. За осигуряване на постоянен дебит към двигателя е необходимо падът на налягането в дросела 7 да остава постоянен независимо от изменението на налягането р2 на изхода.

При установен режим на работа след пренебрегване на силите от триене и на изменението на силата на пружината при преместване на затвора, може да се запише уравнението за равновесие

(9)

откъдето

(10)

8

Уравнението (10) показва, че падът на налягането в дросела зависи само от силата на пружината и от размерите на затвора. Ако по някаква причина налягането р2 се повиши, под неговото действие затворът на клапана се премества надолу, намалява се съпротивлението му и налягането р1

се повишава до възстановяване на пада на налягането в регулируемия дросел. Ако налягането р2

спадне, регулирането протича аналогично, като се намалява налягането р1 .

При регулиране на изхода ма двигателя налягането р2 е малко и може да се смята постоянно, равно на съпротивлението на отвеждащия тръбопровод. В случая при изменение на външното натоварване се изменя налягането р1. При нарастване на р1

нараства и налягането пред дросела р1. Под негово действие затворът на редукционния клапан се повдига, дроселира потока на изхода и налягането р1

спада, като възстановява първоначалната си стойност. Аналогично,

ако спадне налягането р1, спада и налягането р1 . По такъв начин се поддържа

постоянен пад на налягането в дросела, а оттам - постоянен дебит на потока.4.2. Двупътен стабилизатор на дебит.Предназначен е за осигуряване на постоянен дебит на преминаващата през

него течност, независимо от изменението на разликата между наляганията на входа и изхода му. Той съчетава в себе си два дросела: един нерегулируем и друг, автоматично изменящ съпротивлението си.

Показаната на фиг. 11 конструкция се състои от корпуса 7, плунжера 2, дроселиращите отвори З, пружината 4 и дроселната шайба 5.

Фиг. 11.

Работната течност постъпва през входния отвор в камерата А, през дроселната шайба 5 попада в камерата В и през страничните отвори 3 се отвежда към изходния отвор.

Ако по някаква причина дебитът Q0 се увеличи, плунжерът, свивайки пружината, се измества надясно, като притваря отворите 3 докато дебитът не възстанови стойността си. Ако дебитът се намали, регулирането протича аналогично - с отваряне на страничните отвори 3.

9