Изучение конструкции гидроклапанов

клапаны давления предназначены для управления давлением в гидросистеме и в отдельных ее частях. Существуют следующие клапаны давления:

• напорные, с помощью которых осуществляется настройка и ограничение давления в гидравлической установке. Сигнал управляющего давления для этого клапана снимается с его входа.

• редукционные, предназначенные для снижения поступающего на их вход переменного высокого давления до заданной величины на выходе. Сигнал управляющего давления для этого клапана снимается с его выхода.

Клапаны давления имеют различные исполнения по типу управления, условному проходу, присоединению и номинальному давлению. Большинство клапанов имеет ручное управление и лишь некоторые исполнения имеют электрическое управление разгрузкой или пропорциональное электроуправление.

Клапаны, применяемые в станкостроении, имеют условные проходы 6; 10; 16; 20 или 32 мм. Промышленностью выпускаются также аппараты с условными проходами 40 и 50 мм, однако их применение крайне ограничено. Клапаны имеют резьбовое (трубное), стыковое и модульное исполнения по присоединению. При резьбовом присоединении отверстия корпуса для подключения гидролиний имеют коническую или метрическую резьбу; в клапанах стыкового и модульного присоединения отверстия выводятся на стыковую плоскость и оканчиваются цековками под уплотнительные кольца (по ГОСТ 9833-73) для уплотнения стыка между аппаратом и специальными панелями или промежуточными плитами, в которых нарезана резьба для монтажа штуцеров. По номинальному давлению клапаны имеют исполнения на 1; 2,5; 6,3; 10; 20 и 32 МПа. На рисунке 1 представлены условные обозначения, принятые для обозначения напорных и редукционных клапанов на схемах.

 

Рисунок 1 Схемные изображения клапанов

а) напорный клапан; б) двухлинейный редукционный клапан; в) трехлинейный редукционный клапан.

Напорные клапаны (рис. 2) могут иметь конструкцию клапанного или золотникового типа. В этих клапанах в нейтральном положении пружина сжатия:

• прижимает запорно-регулирующий элемент (ЗРЭ) к входному отверстию-седлу (ЗРЭ клапанного типа);

• перемещает золотник, перекрывающий отверстие, соединенное с гидробаком системы (ЗРЭ золотникового типа).

Принцип действия напорных клапанов заключается в следующем (рис. 2): давление Р на входе воздействует на поверхность запорно-регулирующего элемента клапана и создает усилие:

F = P 1 * A 1.

 

Усилие пружины, которым ЗРЭ клапана прижимается к седлу, можно настраивать на нужную величину. Если сила, создаваемая давлением на входе, превышает усилие пружины, клапан начинает открываться. Благодаря этому часть потока жидкости начинает сливаться в гидробак, если входное давление продолжает возрастать, клапан открывается настолько, что в гидробак направляется весь создаваемый насосом расход жидкости.

Гидросопротивление на выходе (трубопроводы к гидробаку, фильтр на линии слива и др.) создает давление Р 2, которое воздействует на поверхность площадью А 2. Возникающее в результате усилие добавляется к усилию пружины и его следует учитывать в расчетах. На выходе клапана давление тоже может быть уравновешенным.

Рисунок 2 Схема установки напорного клапана для ограничения давления в

гидросистеме: а) схемное изображение; б) детальное изображение клапана.

В напорных клапанах нередко с целью предотвращения колебаний давления встраивают демпфирующие поршни или дроссели (рис. 3), которые способствуют:

• быстрому открытию клапана;

• медленному его закрытию.

Это делается для того, чтобы не допустить повреждения деталей клапана в результате гидравлических ударов (демпфирующее устройство обеспечивает плавное срабатывание клапана). Гидравлические удары могут возникать в тех случаях, когда при перекачивании насосом рабочей жидкости по контуру гидравлической системы при малом давлении распределитель внезапно закрывает линию, присоединенную к потребителю энергии.

Представленная на рисунке 3 схема гидросистемы обеспечивает перекачивание насосом всего объема жидкости под максимальным давлением через напорный клапан в гидробак. Если происходит переключение распределителя, то давление на линии подачи в гидроцилиндр падает, после чего напорный клапан, оснащенный устройством демпфирования, медленно закрывается. На его месте клапан без демпфирования закрылся бы резко, отчего возник бы нежелательный скачок давления.

Напорные клапаны по функциональному назначению делятся на:

• Предохранительные;

• Поддерживающие;

• Тормозные;

• Последовательного включения;

• Отключающие;

• Переливные.

Предохранительным клапаном называется клапан, защищающий гидронасос от перегрузок. Он имеет фиксированную настройку на максимальное давление насоса и открывается только в аварийных случаях и может быть встроен в конструкцию насоса.

Поддерживающие клапаны противодействуют силам инерции движущихся масс, возникающим за счет тянущей нагрузки. Такой клапан должен быть уравновешен по давлению и должен предусматривать возможность подключения линии нагнетания к линии Т ("слив").

Тормозные клапаны предотвращают скачки давления, которые могут возникнуть под действием сил инерции при внезапном закрытии распределителя (рис. 4).

Клапаны последовательного включения применяются в случае превышения давления, на которое они настроены, эти клапаны открывают соединительную линию к другим потребителям. Существуют напорные клапаны с внутренним (рис. 5) и наружным (рис. 6) управлением.

 

Рисунок 3 Схема установки напорного клапана с устройством демпфирования в

гидросистеме: а) схемное изображение; б) детальное изображение клапана.

 

Отключающие клапаны применяются в случае превышения настроенного давления эти клапаны переключают часть гидравлического контура на слив в гидробак. При этом отсечка напорной части гидросистемы осуществляется с помощью обратного клапана. Управление клапаном может быть как внутренним, так и наружным. Типичный пример: в гидравлической системе с двумя насосами при достижении настроенного давления насос низкого давления переключается отключающим клапаном насоса высокого давления на слив в гидробак.

Переливные клапаны обеспечивают в гидравлической системе постоянное давление.

Клапаны (рис. 3, 5) в седельном или золотниковом исполнении применяют в качестве клапанов последовательного включения только в тех случаях, когда используемый клапан уравновешен по давлению и подключение нагрузки к его линии Т ("слив") не влияет на характеристику его открытия.

Рисунок 6 Напорный клапан с внешним управлением по линии X.

Промышленностью выпускается большое количество различных по конструкции напорных клапанов непосредственного и непрямого действия, которые в зависимости от настройки могут иметь различное назначение.

Гидроклапаны давления прямого действия Г54-3 по ТУ2-053-1628-83 (рис. 8) состоят из следующих основных деталей: корпуса 3, колпачка 5, золотника 2, пружины 6, регулировочного винта 8 и втулки 7. Рабочая жидкость подводится к аппарату через отверстие Р и отводится через отверстие А. Линия Р через канал 10 и малое отверстие (демпфер) 11 соединяется с полостью 1, а полость 9 через канал 4 - с отверстием А. Когда сила от давления масла на торец золотника в полости 1 преодолевает усилие пружины 6 (регулируется винтом 8) и силу от давления жидкости на противоположный торец золотника в полости 9, то золотник 2 перемешается вверх, соединяя линии Р и А. Если линия А соединена с баком, аппарат работает в режиме предохранительного клапана. При необходимости потребитель может переставлять пробки в отверстиях Y, К, С и Х изменяя исполнение клапана по различным схемам (табл. 1).

Рисунок 8 Конструкция гидроклапана давления типа Г54-3

Применение клапана типа Г54-3 в типовых гидросхемах представлено на рисунке 9.В схеме (рис. 9, а) гидроклапан давления 4 исполнения 1 по схеме используется в качестве переливного и служит для поддержания определенного давления рабочей жидкости в линии 5, а клапан 2 - в качестве регулируемого клапана разности давлений, который обеспечивает - превышение давления в линии 1 над давлением влинии 3 на величину, определяемую настройкой его пружины.

Клапан исполнения 2 по схеме обеспечивает в гидросистеме (рис. 9 б) блокировку по давлению. Рабочая жидкость от насоса 1 через распределитель 2 поступает в цилиндры зажима 3 и подачи 4, однако первым начинает движение цилиндр 3, а цилиндр 4 – лишь после открытия клапана 5. Гидроклапан 6 защищает систему от пepeгрузки.

Рисунок 9 Типовые схемы применения гидроклапанов типа Г54-3

При включении электромагнита пилота 3 (рис. 9, в) гидроклалан давления 4 исполнения 2 по схеме пропускает рабочую жидкость в бак, обеспечивая быстрое движение цилиндра 2 (минимальное давление управления поддерживается клапаном 1). При выключении электромагнита скорость ограничивается дросселем 5. Гидроклапан давления 4 исполнения 3 по схеме (рис. 9, г) обеспечивает возможность движения цилиндра 3 лишь при заданной частоте вращения гидромотора 2, при которой перепад давлений на дросселе 1 достаточен для преодоления усилия пружины клапана 4.

Гидроклапан давления 1 исполнения 4 по схеме (рис. 9, д) настроен на более высокое давление, чем клапан 4, причем давление влинии 2 практически не зависит от давления в линии 3. В гидросистеме (рис. 9, е) гидроклапан давления 2 исполнения 4по схеме используется в качестве регулируемого клапанапоследовательности, обеспечивающего начало движения цилиндра 3лишь после того, как цилиндр 1 доходит до упора, и давление внапорной линии возрастает.

Предохранительные клапаны непрямого действия типа МКПВ стыкового монтажа по ТУ2-053-1737-85 (рис. 10) состоят из следующих основных деталей и узлов: корпуса 1, клапана 8, размешенного в гильзе 10, пружины 9 и вспомогательного клапана 3, а в исполнении с электроуправлением он дополнительно комплектуются пилотом, устанавливаемым на клапане 3. Жидкость из напорной линии подводится к отверстию Р корпуса и отводится в сливную линию через отверстие Т. Отверстие Р через малое отверстие 11 в клапане 8 соединено с надклапанной полостью 2, откуда масло через клапан 3 может поступать в отверстие Т по каналу 7. Если давление в гидросистеме не превышает давления настройки клапана 3 регулируемый винтом 6, сжимающим пружину 5, закрыт, давления в торцовых полостях клапана 8 одинаковые, и он прижат пружиной 9 к конусному седлу гильзы 10, разъединяя отверстия Р и Т. Когда сила от давления жидкости на конус 4 вспомогательного клапана превышает усилие его пружины, конус отходит от седла, и масло в небольшом количестве из отверстия Р через малое отверстие 11, вспомогательный клапан и канал 7 проходит в отверстие Т. Из-за потери давления в отверстии 11 давление в надклапанной полости 2 уменьшается, и клапан под действием давления в отверстии Р поднимается вверх, сжимая пружину 9 и соединяя отверстия Р и Т.

Перемещение клапана вверх происходит до тех пор, пока сила от давления в отверстии Р не уравновесит силу от давления в полости 2 и силу пружины 9, после чего давление в отверстии Р (в напорной линии гидросистемы) автоматически поддерживается постоянным в широком диапазоне расходов масла через клапан. Если отверстие X соединить с линией слива T, давление в полости 2 упадет, и клапан 8 под действием небольшого давления в отверстии Р поднимется, сжимая сравнительно слабую пружину 9 и соединяя отверстия Р и Т (режим разгрузки). В аппаратах с электроуправлением разгрузка производится при выключенном (нормально открытое исполнение) или включенном (нормально закрытое исполнение) электромагните пилота. При необходимости разделения слива потока управления от основного слива в канал 7 устанавливается заглушка, а в отверстие Y – резьбовой штуцер. Гидравлические схемы клапанов приведены в табл. 2.

 

Таблица 2 Гидравличесхие схемы клапанов типа МКПВ и их функциональное назначение

 

 

Клапан разгрузочный непрямого действия тип UZOP (рис. 11, 12) фирмы «Понар» применяется в гидравлических системах с насосом и гидравлическим аккумулятором (рис. 15) (либо вторым насосом). Назначение клапана является разгрузка расхода насоса (перед сливом), если давление в аккумуляторе (или втором насосе) достигнет величины установленной на разгрузочном клапане. Когда произойдет снижение давления в аккумуляторе (на теоретически предполагаемую величину 10% или 17%) клапан снова подключит насос к линии питания аккумулятора.

Работает гидроаппарат (рис.11) следующим образом, рабочая жидкость из насоса нагнетается через канал Р и далее через обратный клапан 3 поступает к каналу А (питание гидравлического аккумулятора). После достижения давления установленного на вспомогательном клапане 2 грибок 6 вспомогательного клапана отходит от седла и жидкость перетекает из канала Р через дроссельные отверстия 8 и 9 в сливную линию Т (или линию управления Y). В результате возникшей разницы давлений, действующей на золотник 4 главного клапана 1 происходит сжатие пружины 7 и поток жидкости перетекает из канала Р в Т. В результате падения давления в канале Р клапан обратный 3 закрывается и канал А запирается. Давление рабочей жидкости в канале А которое подается через канал 10 действует на толкатель 5 в момент открытиявспомогательного клапана 2 и воздействует на грибок 6 вспомогательного клапана. В результате этого после открытия главного клапана 1 и разгрузки канала Р грибок 6 продолжает оставаться в открытом состоянии. Закрытие вспомогательного клапана 2 наступит только после понижения давления в канале А на 10% - 17% от номинального давления. После закрытия вспомогательного клапана 2 прекратится протекание жидкости через дроссельные отверстия 8 и 9, а усилие пружины 7 возвратит золотник 4 основного клапана в исходное положение перекрывая прохождение потока жидкости из линии Р в Т. Клапан вернется в начальное состояние и поток жидкости направится через обратный клапан 3 из канала Р в А (питание аккумулятора).

Регулирование настройки давления в гидроаппарате (рис. 12, 14) выполняется регулировочным элементом 7 (рукоятка) или регулировочным элементом 2 (винт с шестиугольным гнездом), или регулировочным элементом 3 (рукоятка с замком). Для возможности внешнего управления аппарат имеет внешнее присоединение Y - только в версии UZOP...Y (табл. 3) в других модификациях канал закрыт пробкой 4. Для уплотнения внешних каналов используются уплотнительные кольца 5, устанавливаемые в специально выполненные цековки.

Редукционные клапаны позволяют снижать входное давление до заданного значения на выходе. Применение их целесообразно лишь в том случае, когда в гидроустановке в процессе ее работы требуются различные давления. Поэтому принцип работы редукционного клапана поясняется на примере с двумя контурами управления.

Первый контур управления через регулятор расхода воздействует на гидромотор, который приводит во вращение валок, примененный в устройстве для склеивания многослойных панелей (рис. 16). Второй контур управления воздействует на гидроцилиндр, который под действием пониженного, отдельно настраиваемого давления поджимает валок к склеиваемым плитам. Для укладки плит валок с помощью гидроцилиндра может приподниматься.

Рисунок 16 Схема гидросистемы с двухлинейным редукционным клапаном

Принцип действия редукционного клапана заключается в следующем (рис. 16, 17). В нейтральном положении регулятор открыт. Давление на выходе (линия А), подаваемое через линию управления 3 (рис. 17), воздействует на торцевую поверхность золотника 1. Создаваемое на золотнике усилие уравновешивается настроенным усилием пружины. Если первое усилие превысит усилие пружины, золотник клапана начинает закрываться, преодолевая усилие пружины, до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие двух сил. Благодаря этому дросселирующая щель уменьшается и на ней появляется перепад давления. При дальнейшем повышении давления на выходе (линия А) золотник 1 закрывает клапан полностью. В этом случае на входе (линия Р) действует давление первого контура управления в гидросистеме. На выходе (линия А) сохраняется то давление, на которое был настроен редукционный клапан.

Рисунок 17 Двухлинейный редукционный клапан

Редукционные клапаны седельного типа открываются и закрываются очень быстро, поскольку ход управляющего элемента у них невелик. В связи с этим при частых изменениях давления в них может возникать вибрация, предотвратить которую помогает демпфирование. В золотниковых же клапанах вследствие выбора соответствующей конфигурации управляющих кромок можно подобрать такую характеристику открытия, что увеличение открываемой щели произойдет медленно. Это будет содействовать повышению точности регулирования и улучшению динамической характеристики редукционного клапана.

Рассмотренный выше двухлинейный редукционный клапан (рис.17) применяют в тех случаях, когда, например, для зажимного устройства требуется поддерживать постоянное низкое давление во вспомогательном контуре гидравлической системы (рис. 18). Следует учесть, что в представленном случае использование двухлинейного редукционного клапана создает определенные затруднения. Если клапан закрылся, то увеличение толщины обрабатываемой детали вызывает дальнейшее повышение давления на выходе (линия А) из клапана. Повышение давления сверх настроенного нежелательно. Помочь в данном случае может применение напорного клапана для ограничения давления на линии выхода (рис. 19), который может быть настроен по-разному:

• на давление, превышающее значение, на который настроен редукционный клапан;

• на давление, равное тому, на которое настроен редукционный клапан;

• на давление, меньшее, чем давление настройки редукционного клапана.

Для каждого из этих вариантов характеристика редукционного клапана будет индивидуальной.

Рисунок 19 Схема применения напорного клапана совместно с двухлинейным редукционным клапаном

 

Еще одна возможность уменьшить такое повышение давления, как описано выше, заключается в применении трехлинейного редукционного клапана (рис. 20, 21).

Рисунок 20 Трехлинейный редукционный клапан

Рисунок 21 Схема с использованием трехлинейного редукционного клапана

Принцип действия трехлинейного редукционного клапана (рис.21) в части потока от входа Р к выходу А, аналогичен описанному для двухлинейного клапана (рис. 17). Однако в данном случае подъем давления на выходе А сверх настроенного значения вызывает дальнейшее перемещение золотника. Осуществляется присущая этому клапану функция ограничения давления за счет потока жидкости от линии А к линии Т (соединение с гидробаком). Характеристика регулирования этого клапана главным образом определяется типом перекрытия золотника. Перекрытие может быть как положительным, так и отрицательным.

Клапан данного типа предусматривает различные варианты исполнения регулировочного механизма (рис. 23). Регулировочный элемент может быть выполнен в виде воротка 7, винта 2 с шестигранным гнездом, воротка 3 с замком, и ключом 6. Для герметизации клапана при установке на присоединительной плоскости 7 в каналах предусмотрены цековки под уплотнительные кольца 5, а к самой плоскости предусматриваются требования 8.

Клапаны редукционные непрямого действия стыкового монтажа типа DR... фирмы «Понар» предназначены для редуцирования давления в гидравлических системах с большим расходом.

 

Вывод: изучили конструктивные особенности редукционных, предохранительных и обратных клапанов; изучили схемные изображения редукционных, предохранительных и обратных клапанов и особенности их применения в гидравлических схемах; получили навык определение характеристик редукционных, предохранительных и обратных клапанов.

 

Практическая работа №26