Клапаны

 

По своему назначению клапаны делятся на следующие основные виды:

1) предохранительные;

2) переливные;

3) редукционные;

4) обратные.

Предохранительный клапан предназначен для ограничения давления рабочей жидкости в гидросистеме сверх заданной величины. Принцип его действия основан на уравновешивании силы давления жидкости Р, действующий на затвор клапана, усилием пружины Р_пр. Такой клапан действует эпизодически при условии Р>Р_пр. По тому же принципу действует и переливной клапан, но он предназначен для поддержания постоянного давления в гидросистеме путем непрерывного отвода части жидкости в сливной бак.

Рис 4.6.

 

На рис. 4.6 представлена схема переливного клапана с демпфером. Клапан состоит из плунжерного затвора 1 с окнами 2, который в нерабочем положении прижимается пружиной 3 к торцу корпуса 4. Для того, чтобы клапан работал как переливной, его затвор должен переместиться под давлением жидкости на расстоянии х+h (х - начальное перекрытие плунжером окна слива в корпусе; h - открытие клапана). При этом уравнение равновесия клапана имеет вид

(4.1)

где Р_пр - усилие затяжки пружины при х+h=0;

с - константа упругости пружины;

р₁, р₂ - давление на входе и выходе клапана;

d - диаметр плунжера.

При работе клапана вследствие инерции его подвижных частей при внезапном увеличении расхода могут возникнуть вибрации. В условиях резонанса эти вибрации приведут к колебаниям давления во всей гидросистеме. Для демпфирования колебаний служит дроссельное отверстие 5, гидравлическое сопротивление которого при обычных режимах работы клапана мало. При наличии же высокочастотных колебаний гидравлическое сопротивление дросселя велико, вследствие чего и происходит демпфирование энергии колебаний. Величина начального перекрытия х должна выбираться больше размаха возможных колебаний плунжера.

Параметрами, характеризующими работу переливного клапана, являются давление на входе в клапан Р₁ и на выходе из него Р₂ и расход жидкости через клапан Q. Связь между ними можно получить, решая совместно уравнение равновесия клапана (4.1) и уравнение расхода

 

. (4.2)

Решив эти уравнения относительно h, получим выражение

 

, (4.3)

которое и является статической характеристикой переливного клапана.

Важной характеристикой клапана является стабильность поддерживаемого им перепада давления при различных расходах жидкости. Статическая характеристика идеального клапана является стабильной и представлена на рис. 4.7а (прямая 1).

 

 

В реальном клапане стабильность перепада давления отсутствует в силу следующих причин:

1) при увеличении расхода жидкости и соответствующем подъеме затвора возрастает усилие сжатия пружины, а, следовательно, согласно (4.1) увеличивается и перепад давления DР. (Отсюда следует, что с увеличением жесткости пружины увеличивается нестабильность давления);

2) наличие сил трения подвижных частей.

Рис 4.7 а

 

В силу первой причины характеристика клапана будет иметь вид линейной зависимости (прямая 2 на рис. 4.7 а). В результате действия сил трения клапан будет реагировать (изменять высоту h) на изменение давление жидкости с запаздыванием. Поэтому при повышении расхода давление в начале открытия клапана Р₀ будет больше давления в конце его закрытия Р₃ при уменьшении расхода. Указанное явление называется гистерезисом предохранительного клапана. С учетом гистерезиса статическая характеристика клапана имеет вид кривой 2-3 на рис. 4.7 а.

Рис 4.7 б

 

На рис. 4.7 б представлена характеристика АВС насосной установки с предохранительным клапаном. Она получена вычитанием из характеристики насоса Q_н (р) характеристики клапана Q_к (р) при постоянных значениях давления. Давление р₀ - давление настройки предохранительного клапана.

Из уравнения (4.1) следует, что с увеличением давления рабочей жидкости существенно возрастают действующие в клапане усилия и размеры пружины, т.е. возрастает нестабильность его характеристики. Для устранения этого недостатка применяется схема дифференциального предохранительного клапана (рис.4.8)

Рис 4.8

 

В таком клапане, при помощи дополнительного поршня 1, часть усилия, развиваемого давлением жидкости на основной поршень 2, гидравлически уравновешивается. В этом случае усилие сжатия пружины составляет величину

,

 

где d₁,d₂ -диаметры дополнительного и основного поршня. Из этого выражения следует, что уменьшением эффективной площади (f₂ -f₁)

усилие сжатия пружины может быть сделано сколь угодно малым. Однако чрезмерное уменьшение эффективной площади может привести к тому, что доля сил трения в балансе сил, действующих на плунжер, будет столь высока, что клапан не сможет выполнять свои функции из-за большого гистерезиса. Обычно величина (f₂-f₁)³0,25f₂.

Редукционные клапаны постоянного давления предназначены для понижения давления на выходе до требуемой величины и поддержания его постоянным независимо от величины давления на входе в клапан.

Упрощенная схема редукционного клапана приведена на рис.4.9.

 

Плунжер 2 усилием пружины 1 отжимается вправо и открывает проход жидкости из входной полости 3 клапана в выходную 4. Так как данный клапан разгружен от сил давления жидкости на входе, то, когда сила давления жидкости на выходе превысит усилие сжатия пружины Р_пр, плунжер пойдет влево и частично или полностью перекроет доступ жидкости в выходную полость. Таким образом, клапан открыт пока

и закрывается, когда , то есть редуцированное давление p _ред на выходе клапана поддерживается постоянным.

Рис 4.9.

 

Обратные (запорные) клапаны предназначены для пропуска потока жидкости только в одном направлении. Конструктивно они подобны предохрани-

тельным клапанам, но отличаются от них тем, что пружины являются нерегулируемыми и рассчитаны на малое усилие.

В качестве составляющих элементов обратные клапаны используются в гидравлических замках.

Гидравлический замок представляет собой распределительный аппарат для автоматического запирания жидкости в полостях гидродвигателя с целью фиксации выходного звена гидропривода в заданном положении.

Гидравлический замок (рис.4.10) в гидроприводе располагается между распределительным золотником (1) и гидроцилиндром (2). Он состоит из плавающего поршня 3 и двух обратных клапанов 4 и 5, размещенных в одном корпусе 6. При подаче рабочей жидкости от золотника в левую полость замка открывается левый обратный клапан 5 и жидкость поступает в левую полость гидроцилиндра. При этом поршень 3 затвора под действием давления жидкости перемещается вправо и открывает правый обратный клапан 4, который дает жидкости путь из сливной полости гидроцилиндра через золотник в сливной бак. При переводе золотника в нейтральное положение подача жидкости в гидравлический замок отсутствует. При этом обратные клапаны оказываются закрытыми (отмечено пунктиром на рис.4.10) и поршень

 

гидроцилиндра зафиксирован в нужном положении.

Рис.4.10