Кемп Х.(редактор) Гидропривод. Основы и компоненты. Учебный курс по гидравлике, том 1

Подождите немного. Документ загружается.

Rexroth didactic

Рис. 12.45. Редукционный клапан прямого действия

Рис. 12.46. Редукционный клапан прямого действия:

слева — без обратного клапана, справа — с обрат-

ным клапаном

4.4. Двухлинейные редукционные клапаны

непрямого действия

Для редуцирования больших потоков рабочей жид-

кости применяются редукционные клапаны непря-

мого действия

Рис. 12.47. Редукционный клапан непрямого дей-

ствия стыкового монтажа

Как и в предохранительных клапанах непрямого

действия, к пружинной полости основного плунже-

ра подключается предохранительный клапан прямо-

го действия (Рис. 12.49).

Вспомогательный клапан (пилот) является измери-

тельным элементом в этой системе.

Желаемое выходное давление устанавливается пру-

жиной (7) пилота.

В исходном положении клапан открыт, т.е. жидкость

может свободно проходить из линии В главного пат-

рона (2) в линию А. Редуцированное давление в ли-

нии А воздействует на дно основного плунжера (4),

через демпфер (3) подается в пружинную камеру (12)

и далее через канал (5) — к шарику (6) пилота (7).

Давление к шарику (6) подводится также через дем-

пфер (8) канал (9), обратный клапан (10) и отверстие

(77). В зависимости от настройки пружины (7) под-

держивается определенное давление в канале (5) и

пружинной камере (12). Это давление удерживает

плунжер (4) в открытом положении. Если давление

достигает установленной пружиной (7) величины,

шарик (6) отходит от своего седла.

Поток управления из линии Л (выходного отверстия)

через демпфер (8) и канал (5) поступает в пилот. За

счет падения давления в отверстиях создается пе-

репад давлений на основном плунжере, и он подни-

мается, сжимая пружину. Требуемое редуцирован-

ное давление достигается в результате равновесия

между давлением в линии А и давлением настрой-

ки пружины (7).

Слив потока управления из пружинной полости (14)

всегда отводится в бак через канал (75) и линию

управления Y.

В редукционном клапане существуют две цепи уп-

равления: цепь 1 для компенсации нестабильности

из-за малых расходов и цепь 2 для исключения эф-

фекта запирания основного плунжера в случае боль-

ших расходов.

Начинающаяся в линии А цепь 1 обеспечивает пи-

тание системы управления через демпфер (8), ка-

нал (9), шарик (10) и отверстие (7 7); начинающаяся

там же цепь 2 — через демпфер (3) и канал (5).

Которая из этих цепей эффективна, зависит от

местных соотношений давления в демпферах (3) и

(8), впрочем в большинстве случаев обе цепи рабо-

тают одновременно.

При очень больших скоростях потока имеется бо-

лее высокое падение давления вблизи отверстия (8)

по сравнению с отверстием (3). Для исключения

потока из отверстия (3) в отверстие (8) служит об-

ратный клапан (10), изолирующий цепь управления

1 от цепи 2.

В случае встройки дополнительного обратного кла-

пана (76) появляется возможность свободного про-

пускания потока из линии А в линию В.

Отверстие (73) для подключения манометра приме-

няется для контроля редуцированного давления в

линии А.

Рис. 12.48. Редукционный клапан непрямого дей-

ствия: слева — с обратным клапаном, справа — без

обратного клапана

Rexroth didactic

10 11

6 14 1

Рис. 12.49. Редукционный клапан непрямого действия

Клапаны, регулирующие да

4.5. Трехлинейные редукционные клапаны

непрямого действия

Трехлинейные редукционные клапаны (Рис. 12.50)

состоят из главного клапана (7) с главным золотни-

ком (2) и редукционного клапана (3) прямого дей-

ствия, выполняющего роль пилота.

В начальном положении главный золотник (2) уста-

навливается в среднюю позицию с помощью пру-

жин (5 и 6) и шайбы (4). Соединения линий Р-А и А-

Т перекрыты.

Пружина (5) имеет несколько больший преднатяг по

сравнению с пружиной (6), поэтому средняя пози-

ция главного золотника точно определяется упором

шайбы (4) в корпус (7).

Золотник управления (7) устанавливается пружиной

(8) в открытую начальную позицию. Клапан спосо-

бен обеспечить три различных функции регулиро-

вания давления.

4.5.1. Функция редуцирования давления

Поток управления подводится через канал (9) к пи-

лоту. Через открытый проход в пилоте жидкость

поступает в канал (10) и далее через пружинные

полости (71 и 12) главного золотника и канал (13) —

в линию А. Если поток рабочей жидкости, поступа-

ющей в линию Р, Достаточен, уровень повышения

давления в линии А определяется сопротивлением

гидродвигателя. Это давление через канал (13), дем-

пферы (14 и 15) главного золотника, каналы (10 и

16) воздействует на торец золотника управления (7)

в направлении сжатия пружины (8). В результате

изменения проходного сечения между расточкой (17)

и дросселирующей кромкой (18) золотника управ-

ления (7) входное давление (линия Р) редуцируется

до величины, определяемой настройкой пружины

(8). Поток управления проходит из выходного отвер-

стия пилота через канал (10), пружинную полость(7 7)

и отсюда через демпферы (14 и 15) главного золот-

ника, пружинную полость (12) и линию (73) — в ли-

нию А. На демпферах (14 и 15) возникает перепад

давлений. Когда потребляемый гидродвигателем

расход из линии А превышает поток управления,

перепад давлений на демпферах (14 и 15) возрас-

тает и смещает главный золотник влево, преодоле-

вая усилие пружины (5). В результате открывается

соединение Р-А, и в гидродвигатель поступает тре-

буемый расход рабочей жидкости.

Новая позиция главного золотника соответствует

равновесию между силами давления и пружин (пе-

репад давлений в демпферах (14 и 15) и пружины 5

и 6). Давление в линии А стабилизируется на уров-

не, определяемом настройкой пружины (8) пилота

и расходными характеристиками клапана.

4.5.2. Функция поддержания давления

Если поток через линию А отсутствует (неподвиж-

ные гидроцилиндр или гидромотор), перепад дав-

лений на демпферах (14 и 75) падает. Главный зо-

лотник пружиной (5) смещается вправо, сжимая

пружину (6) и закрывая проходное сечение. Посколь-

ку давление в линии Р больше, чем в линии А, поток

утечки движется из линии Р в линию А, через канал

(73), демпферы (14 и 75) и канал (70) к пилоту (3).

Увеличение давления, действующее через канал

(16) на золотник управления (7), смещает его впра-

во до тех пор, пока дросселирующая щель (19) не

откроет соединение с баком через линию У (бак).

Давление в линии А все еще поддерживается по-

стоянным в соответствии с настройкой пружины (8).

В результате небольших утечек перепада давления

в демпферах (14 и 75) недостаточно для смещения

главного золотника в направлении сжатия пружи-

ны (6). Главный золотник (2) остается в закрытом

положении.

4.5.3. Функция ограничения давления

Если под влиянием внешних сил давление в линии

А превышает настроенное давление, увеличивает-

ся поток управления через канал (73), демпферы (14

и 75), канал (10) и дросселирующую щель (19) зо-

лотника управления (7) и линию Y в бак. Поток уп-

равления движется теперь в противоположном на-

правлении по отношению к потоку при реализации

функции редуцирования. Если перепад давлений в

демпферах (14 и 75) превосходит значение, необхо-

димое для деформации пружины (6), главный золот-

ник смещается вправо и соединяет линию А с лини-

ей Т. Новая позиция главного золотника соответ-

ствует равновесию давлений и усилий пружин (пе-

репад давлений на демпферах (14 и 75), пружина

6). Давление в линии А поддерживается постоянным

в соответствии с настройкой пружины (8) пилота и

расходными характеристиками клапана.

Рис. 12.50. Трехлинейный редукционный клапан непрямого действия

Рис. 12.51. Трехлинейный редукционный клапан:

слева — внешний подвод управления, справа —

внутренний подвод управления

4.6. Характеристики клапанов

4.6.1. Статические характеристики

Для редукционных и предохранительных клапанов

применяются одни и те же характеристики, хотя

имеются и некоторые отличия. Представляемый

расход является расходом, поступающим к гидро-

двигателю, и установленное давление — выходное

давление р

Поле рабочих характеристик (Рис. 12.52) показыва-

ет изменение выходного давления р

в функции рас-

хода при постоянном входном давлении р

. В функ-

циях редуцирования давления пунктирные линии

представляют наименьшее сопротивление гидро-

двигателя в зависимости от расхода. Они характе-

ризуют предельный уровень применения клапана в

гидросистеме.

При рассмотрении предохранительной функции

(только в трехлинейных аппаратах) характеристика

сопротивления сливной линии (линии бака) также

показана пунктиром. Она характеризует предел при-

менения для функций контролируемого ограничения

давления и зависит от используемой гидросистемы.

Rexroth didactic

Рис. 12.52. р

- Q характеристические кривые для редукционных клапанов непрямого действия:

слева - двухлинейная модель, справа - трехлинейная модель

4.6.1.1. Зависимость давления от расхода

Значительная разница в наклоне характеристичес-

ких кривых имеется между редукционными клапа-

нами непрямого и прямого действия. Наклон для

клапанов прямого действия существенно больше,

чем для клапанов непрямого действия, из-за изме-

нения усилия пружины при увеличении хода запор-

ного элемента. В характеристиках трехлинейных

моделей (Рис. 12.52) имеются зоны скачкообразно-

го увеличения давления при выполнении функции

поддержания давления в зоне перехода от функции

редуцирования к функции ограничения давления.

Эти зоны образуются из-за положительного пере-

крытия между дросселирующими кромками золот-

ника управления (7) и главного золотника (2). При

переходе через среднее положение золотник (7)

совершает «мертвый ход», при котором обе линии

пилота закрыты. Таким образом, усилие пружины

возрастает и, следовательно, увеличивается давле-

ние в линии А.

Это увеличение давления можно исключить за счет

применения управляющего золотника с отрицательным

перекрытием, однако при этом возрастают утечки.

4.6.1.2. Поток через пилот

В трехлинейных редукционных клапанах поток уп-

равления всегда течет к гидродвигателю при реа-

лизации функции редуцирования. В функции под-

держания давления утечки отводятся в линию уп-

равления Y. В двухлинейных редукционных клапа-

нах непрямого действия весь поток управления все-

гда отводится через линию Y. Он зависит от расхо-

да, потребляемого гидродвигателем, разности дав-

лений между входом и выходом и давления настрой-

ки.

Зависимость потока управления от разности дав-

лений Ар = р

- р

для двухлинейного редукционно-

го клапана с условным проходом D = 10 мм показа-

на на Рис. 12.53.

Rexroth didactic

4.6.1.3. Минимальное давление настройки

и максимальный расход

Оба эти параметра могут рассматриваться только

вместе. Обычно клапан настраивается при нулевом

расходе. Пунктирные кривые на Рис. 12.52, харак-

теризующие сопротивление гидродвигателя в зави-

симости от расхода, показывают минимальное дав-

ление на выходе клапана. Каждая точка этих кри-

вых представляет различную настройку клапана.

В то же время необходимо рассмотреть это мини-

мальное давление, которое может быть установле-

но для частных случаев применения.

Если установлено минимальное значение, нельзя

получить желаемый расход. Теоретически в редук-

ционных клапанах прямого действия можно устано-

вить минимальное давление р

= 0. Однако при этом

не будет расхода к гидродвигателю, поскольку на-

чало кривой сопротивления гидродвигателя также

находится в нулевой точке (Рис. 12.52). В редукци-

онном клапане непрямого действия минимальное

давление настройки определяется усилием пружи-

ны основного запорного элемента и действующим

на него давлением подпора потока управления. Это

давление, как правило, находится в пределах от 3

до 7 бар при нулевом расходе.

Исключением являются трехлинейные редукцион-

ные клапаны, поскольку в них поток управления

поступает в гидродвигатель.

Дальнейший анализ возможностей применения

редукционных клапанов заключается в определении

допустимой разности давлений между входом и

выходом. Если эта разность слишком мала, запор-

ный элемент максимально открывается для того,

чтобы пропустить желаемый расход к гидродвига-

телю. Дальнейшее редуцирование давления невоз-

можно в этом случае.

По этой причине необходимо принимать во внима-

ние характеристики производителя в части мини-

мальной разности давлений в функции расхода (Рис.

12.54).

В заключение необходимо отметить, что минималь-

ное давление настройки достижимо в том случае,

когда соответствующая характеристическая кривая

пересекает кривую сопротивления гидродвигателя

при желаемой величине расхода.

4.6.2. Динамические характеристики

На практике требуются хорошие динамические ха-

рактеристики редукционных клапанов. Пики давле-

ния при резкой остановке гидродвигателя (гидроци-

линдра или гидромотора) должны быть минималь-

ными. Аналогичные явления могут происходить, ког-

да машина запускается вновь или в период после

остановки.

За исключением трехлинейных редукционных кла-

панов непрямого действия, основной запорный эле-

мент редукционных клапанов является нормально

открытым. Если поток, поступающий в гидродвига-

тель, внезапно уменьшается, запорный элемент дол-

жен максимально быстро закрыться, преодолевая

усилие пружины. Запаздывание из-за сил трения и

потока приводит к нежелательному увеличению дав-

ления (пику давления) в цепи гидродвигателя.

С другой стороны, если поток неожиданно возрас-

тает, основной запорный элемент должен макси-

мально быстро открыться, чтобы избежать провала

давления. Величина пиков и провалов зависит от

динамических характеристик клапана (типа, схемы

пилота), гидродвигателя (гидроцилиндр или гидро-

мотор), параметров (р

, р

, Q), а также от объема

гидроцилиндра и соединительных линий.

4.6.3. Рекомендации по применению

Клапаны могут применяться и в случаях, когда поток

к гидродвигателю отсутствует. Запорные элементы

работают с перекрытием и склонны к засорению,

когда частицы загрязнений попадают в зазор при

постоянном потоке управления.

Это вызывает колебания давле-

ния в линии подключения гидро-

двигателя.

С целью повышения надежнос-

ти рекомендуется добавить ли-

нию перепуска для малых рас-

ходов (0,5 до 1,5 л/мин). Особен-

но важно улучшить фильтрацию

рабочей жидкости.

Рис. 12.54. Характеристика Ap

mjn

- Q

Rexroth didactic

Заметки

exroth didactic

Глава 13

Дроссели и регуляторы

расхода

1. Общие положения

Дроссели и регуляторы расхода используются для

изменения скорости движения гидродвигателей пу-

тем изменения открытия (увеличения или уменьше-

ния) дроссельного проходного сечения.

Делители расхода реализуют специальную функцию:

они разделяют входной поток на две или более частей.

В зависимости от свойств дроссели и регуляторы рас-

хода могут быть подразделены на 4 группы (Рис. 13.1).

Дроссели и регуляторы расхода

Дроссели

зависящие от Ар

зависящие

от вязкости v

не зависящие

от вязкости v

Регуляторы расхода

не зависящие от Ар

зависящие

от вязкости v

не зависящие

от вязкости v

Рис. 13.1. Типы дросселей и регуляторов расхода

Рис. 13.2. Дроссель или дроссель с обратным кла-

паном стыкового монтажа

Рис. 13.3. Двухлинейные регуляторы расхода сты-

кового монтажа

Rexroth didactic

Величина расхода рабочей жидкости в дросселях и

регуляторах расхода настраивается с помощью

дросселирующих щелей, для которых справедливо

уравнение:

А - площадь проходного сечения дросселирующей

щели, м

Dp -перепад давлений, Н/м

г- плотность, Нс

/м

а - коэффициент расхода, зависящий от дросселя

а = 0,6...0,9

Коэффициент расхода зависит от ряда параметров,

таких, как сжатие струи, трение, вязкость и тип дроссе-

лирующего отверстия, причем для сопел и отверстий:

(2)

Коэффициент сопротивления для ламинарного по-

тока:

(3)

/- длина дросселя, м

п- кинематическая вязкость, м

/с

v - скорость потока, м/с

-гидравлический диаметр, м

(4)

А - площадь проходного сечения

U - смоченный периметр

Из уравнения (1) следует, что при постоянном рас-

ходе чем больше площадь проходного сечения, тем

меньше может быть перепад давлений. Это позво-

ляет исключить засорение дросселя.

Дросселирование сильно зависит от типа дроссе-

лирующей щели (см. таблицы 13.1 и 13.2). Измене-

ние открытия дросселирующей щели позволяет из-

менять пропускную способность аппаратов.

Таблица 13.1. Проходные сечения для нерегулируемых дросселей