Гидравлические замки

Гидравлические замки и запорные клапаны предназначены для управления потоком рабочей жидкости, т. е. пропускания жидкости в одном направлении и запирания в обратном. Они используются в гидроприводах для автоматического запирания рабочей жидкости в полостях гидроцилиндров и гидродвигателей с целью их стопорения в заданном положении и управляются механическими звеньями, электромагнитами, пневмо- и гидроэлементами.

Гидравлические замки могут быть односторонними и двусторонними, с шариковыми и коническими клапанами.

Односторонний гидрозамок состоим из шарикового клапана 2 (рисунок 6.6, в), установленного в корпусе 1, пружины 3 и толкателя 4. Под действием пружины клапан отводится от гнезда, и рабочая жидкость свободно поступает из полости А в полость Б и обратно. Если оказать воздействие на толкатель 5 при помощи, например, механического звена 4, которое прижимает клапан к седлу, то происходи запирание полости Б. Такая конструкция запорного клапана применяется на гидроцилиндрах. Механическое звено 4 в этом случае устанавливается в определенном положении на штоке поршня, и перемещается вместе с ним.

Двусторонний гидрозамок состоит из корпуса 1 (рисунок 6.6, г), двух запорных клапанов 2 и 9, пружин 3 и 10, клапанов плавающего поршня 6 с толкателями 4, 8 и пружинами 5, 7. В корпусе гидрозамка имеются полости А и Г, которые соединены с исполнительным рабочим органом гидропривода (гидродвигателем), и полости Б и В, связанные с напорной или сливной магистралью.

Рисунок 6.6 — Гидравлические замки:

а — шариковый; б — конический; в — односторонний; г — двусторонний:1 — корпус; 2 — запорное устройство; 3 — пружина; 4 — толкатель; 5 — пружина; 6 — гидроцилиндр

Работа гидрозамка. При нейтральном положении электромагнит обесточен, поршень с толкателями находится в среднем положении, подвод и отвод жидкости к плоскостям Б и В отсутствует, то есть гидродвигатель застопорен в определенном положении. Если соединить полость Б с напорной магистралью, а В со сливной, тогда поршень 6 с помощью электромагнита сместится вправо и толкатель откроет клапана 9. При этом клапан 2 будет работать как обратный, клапан 9 — как клапан распределителя. Рабочая жидкость под давлением откроет клапан 2 и поступит из полости Б в полость А, а слив рабочей жидкости будет происходить из полости Г в полость В через открытый толкателем клапан 9. Рабочий цикл повторяется аналогично в случае переключения распределителем полостей нагнетания и слива (Б, В) гидрозамка.

Регуляторы расхода

Регуляторы расхода объединяют устройства, предназначенные для управления расходом рабочей жидкости. К ним относятся: дроссели, регуляторы потока, делители и сумматоры потока.

Дроссели

Дроссели представляют собой регулируемые местные сопротивления, площади проходных отверстий которых можно изменять в процессе работы и тем самым изменять расход жидкости.

В зависимости от формы проходного отверстия и регулирующего элемента дроссели делятся на игольчатые, щелевые, канавочные, пластинчатые (рисунок 6.7). Наиболее характерной особенностью дросселя является форма проходного и отверстия и соотношение между его площадью и периметром смачивания. Чем больше отверстие и чем меньше его периметр смачивания, тем меньше сказывается вязкость жидкости на расходе, тем стабильнее работает дроссель. Поэтому при выборе дросселей следует ориентироваться на те, у которых гидравлический радиус имеет максимальное значение.

Изменение площади проходного отверстия у игольчатых дросселей (pрисунок 6.7, а) достигается за счет осевого перемещения иглы. Недостаток игольчатых дросселей — склонность к облитерации вследствие значительного параметра кольцевой щели.

Площадь проходного отверстия у щелевых дросселей (рисунок 6.7, б) изменяется при повороте полой пробки, в которой сделана щель. Так как толщина стенки пробки мала, то пропускная способность дросселя практически не зависит от вязкости жидкости. Не возникает в щелевом дросселе и облитерация. Поэтому дроссели этого типа нашли наибольшее применение.

Пластичный дроссель (рисунок 6.7, в) состоит из набора шайб с отверстиями.

Рисунок 6.7 — Схемы дросселей:

а — игольчатый; б — щелевой; в — пластинчатый; г — канавочный

Расход меняется с изменением числа шайб, находящихся на пути потока жидкости. На характеристику дросселя этого типа мало влияют облитерация и вязкость жидкости, но он хуже работает на загрязненных жидкостях, чем щелевой. У канавочных дросселей (рисунок 6.7, г) изменение площади проходного отверстия достигается поворотом пробки, на боковой поверхности которой сделаны эксцентричные каналы треугольной или прямоугольной формы. Канавочные дроссели склонны к облитерации и при малых расходах на их пропускную способность влияет вязкость жидкости.

Регуляторы потока

Регулятор потока предназначен для обеспечения заданного расхода вне зависимости от величины перепада давления между входным и выходным патрубками аппарата. Он состоит из дросселя и клапана разности давлений, поддерживающего постоянный перепад давления на дросселе.

На рисунке 6.8 приведена схема регулятора потока Г 55–2.

Рисунок 6.8 — Регулятор потока:

1 — выходное отверстие; 2 — пробка; 3 — канал; 4 — обводной канал;

5 — рукоятка; 6 — лимб; 7 — пружина; 8 — корпус; 9 — золотник;

10 – полость; 11 — входное отверстие; 12 — шток

Жидкость подводится к отверстию 11, проходит щель, образованную золотником 9 и корпусом 8, в полость 10 и далее. Через дроссельную щель в пробке 2 — к выходному отверстию 1.

При уменьшении давления в отверстии 1 по обводному каналу 4 пониженное давление подается в полость над поршнем золотника 9, По этой причине золотник поднимается вверх и уменьшит площадь проходной щели между золотником и корпусом 8, благодаря чему уменьшится давление и в полости 10. При увеличении давления на выходе регулятора процесс будет протекать в обратном направлении.

Таким образом, перепад давления на дросселе останется неизменным.

Если в отверстии 1 давление постоянное, а подводимое к отверстию 11 уменьшится, то из-за уменьшения суммарного давления жидкости на золотник 9 снизу он под действием пружины 7 и давления на поршень сверху опустится вниз и увеличит проходное отверстие между корпусом 8 и золотником 9. Давление в полости 10 увеличится. При увеличении давлений в отверстии 11 процесс будет протекать в обратном направлении. Таким образом, и в этом случае клапан разности давлений будет поддерживать постоянный перепад на дросселе.

Плавное регулирование расхода происходит за счет изменения площади проходного отверстия дросселя при вращении лимба 6, грубое — при повороте рукоятки 5. Утечки жидкости из аппарата отводятся через отверстие 3.

Расход через дроссель любой конструкции определяется по формуле истечения через малые отверстия и щели:

, (6.9)

где μ_др — коэффициент расхода дросселя, μ_др = 0,64…0,7 для игольчатых, μ_др = 0,75…0,8 для щелевых;

S_др — площадь проходного отверстия дросселя;

Dр — перепад давления в дросселе.

Дроссель может быть установлен последовательно или параллельно с гидродвигателем.

При последовательном включении дросселя он может быть установлен в напорной или сливной гидролинии. Без учета потерь давления и утечек в гидролинии давление гидродвигателя р_д и расход Q_д будут равны:

р_д = р_н – Dр_др, (6.10)

Q_д = Q_н – DQ. (6.11)

Обе схемы не обладают постоянством скорости выходного звена гидродвигателя при переменной нагрузке. Поэтому гидропривод с дроссельным регулированием применяется главным образом в машинах с малоизменяющейся нагрузкой или когда с увеличением нагрузки необходимо уменьшить скорость исполнительного органа, и наоборот.

В случае необходимости дроссельного регулирования с независимой скоростью выходного звена гидродвигателя от нагрузки применяют регуляторы потока. Тогда:

Q_д = Q_н– Q_рег, (6.12)

р_д = р_н = Dр_рег, (6.13)

где Dр_рег = Dр_др + Dр_к — перепад давления на регуляторе;

Dр_др — перепад давления на дросселе регулятора;

Dр_к — перепад давления на клапане разности давлений регулятора.

При постоянном сопротивлении дросселей и переменной нагрузке (переменном давлении р_д — гидродвигатель) будет изменяться и давление на регуляторе потока Dр_рег., но только за счет изменения давления на клапане разности давлений регулятора Dр_к. Поэтому расход через регулятор в этих условиях будет определяться только сопротивлением дросселя, что позволит, при переменной нагрузке на гидродвигателе р_д иметь постоянную скорость υ_д выходного звена гидродвигателя.