Двухступенчатые предохранительные клапаны

При применении клапанов прямого действия в системах высоких давле­ний диаметры их затворов практически ограничены размером 25мм, поскольку при более высоких их значениях недопустимо растут усилия пружин.

Рис. 70. Двухступенчатые предохранительные клапаны

Жидкость под рабочим давлением р₁ подводится в камеру а, соединенную через дрос­сельное отверстие b с полостыо с и полостью е на входе во вспомогательный предохранительный клапан 3. Давление р₁ в полости с действует на поршень 1, удерживая (совместно с пружиной 4) затвор 5 в закрытом положении. Кла­пан закрыт до тех пор, пока давление р3 в полости с не преодолеет усилия пру­жины 2 и не откроет вспомогательный клапан 3. После открытия этого кла­пана давление жидкости в полости с вследствие сопротивления дроссельного отверстия b понизится по сравнению с давлением в полости а, в результате затвор 5 оторвется от своего седла и давление р₁ в полости а понизится до значения, при котором расход жидкости через клапан 3 будет равен тому количеству жидкости, которое поступит в полость с через дроссельное отвер­стие b. Процесс вытеснения жидкости, а следовательно, и открытия основного затвора клапана 5 зависит от перетекания в камеру с жидкости из напорной магистрали через дроссельное отверстие b.

Изменением усилия предварительного сжатия пружины 2 затвора вспо­могательного клапана 3 можно регулировать основной (запорный) клапан.

Для уравновешивания затвора 5 от сил сливного давления в нем выпол­нено сверление g, соединяющее сливную полость h клапана с цилиндрической камерой d, диаметр которой равен диаметру седла 6 клапана.

В конструкции клапана обычно предусматривается возможность дистан­ционного управления разгрузкой насоса (переводом его в режим холостого хода). Для этого в клапане выполнено отверстие 1, при соединении которого со сливной магистралью давление в полости с понизится до давления в этой магистрали (р₁ ~ р₂), в результате затвор 5, переместившись вправо, соеди­нит напорную и сливную магистрали.

Рис. 71. Схема действия двухступенчатого предохранительного клапана

На рис. 70, б представлена схема подобного клапана со вспомогательным шариковым клапаном внутри основного клапана. Этот клапан прост в изготовлении, однако отличается неуравновешенной силой сливного давления, значение которой определяется отношением

.

где d₁ и d₂ — диаметр поршня затвора и гнезда клапана.

Рассмотренный клапан часто выполняется по схеме, представленной на рис. 71. 'При давлении в системе ниже заданного (рис. 71, а) затвор шарико­вого клапана-датчика 3 закрыт. При этом давления в полостях b и с, которые сообщаются между собой через дроссельное отверстие а в поршне 1, равны. Пружина 4 удерживает поршень 1 в положении, при котором входной канал b закрыт.

При повышении давления выше заданного значения, на которое рассчи­тана пружина 2, шариковый затвор 3 клапана–датчика открывается, и дав­ление в полости с падает, в результате чего в полостях b и с создается пере­пад давления, под действием которого поршень 1 переливного клапана пере­мещается, соединяя канал нагнетания с баком (рис. 71, б).

Для сглаживания (срезания) забросов давлений (например, давлений, развивающихся при гидравлическом ударе), рекомендуется применять кла­паны прямого действия (см. рис. 62), так как при применении для этих целей клапанов с серводействием (см. рис. 70—71) могут возникнуть вследствие неизбежного запаздывания в отработке сигнала (в открытии основного за­твора клапана) большие забросы давления. Как видно из схемы, приведен­ной на рис. 71, смещение основного затвора (переливного клапана) может произойти лишь после того, как будет открыт вспомогательный клапан и жидкость, заполняющая камеру с, вытеснится в бак через отверстие клапана-датчика 3. Однако эти клапаны отличаются более высокой, чем одноступен­чатые их типы, стабильностью давления, которая достигается здесь благо­даря тому, что нагрузка на затвор 5 (см.

На рис. 4.13, α показана конструкция предохранительного клапана непрямого действия. состоящего из основного и вспомогательного клапанов. Основной клапан имеет корпус 2, гильзу 3, золотник 4, пружину 5, крышки 1 и 6 и уплотнение. Золотник поджат пружиной 5 к седлу гильзы 3. Корпус 2 имеет полости: напорную Р, сливную Т, торцовые Г и Ж. Для умень­шения силы пружины 5 полость Ж соединена через малое отвер­стие (дроссель) Ε с полостью Р. Полость Г также соединена с по­лостью Ρ при помощи канала Д. Вспомогательный клапан состоит из корпуса 7, седла 8, конического клапана 9, пружины 10, винта 11 и уплотнений. Давление настройки клапана 9 регули­руется винтом 11, сжимающим пружину 10. Напорная полость седла 8 соединена с полостью Ж основного клапана каналом И. Полость Л соединена со сливной полостью Т основного клапана каналом М.

Принцип работы клапана следующий. Если давление в по­лости Ρ не превышает давления настройки, то оба клапана (ос­новной и вспомогательный) за­крыты. При этом золотник 4 ос­новного клапана поджат к седлу корпуса 2 под действием суммарной силы Fnp + Fp, где Fnp —· сила пружины 5 и Fp — сила давления жидкости в полости Ж. При увеличении давления в полости Ρ сверх давления на­стройки вспомогательный клапан 9 открывается, и рабочая жид­кость из полости Ж поступает через щель клапана в полость Л, а из нее по каналу Μ в сливную полость Т.

Из-за потери давления в отверстии (дросселе) Ε давление в полости Ж уменьшается, и золотник 4 под действием силы давления жидкости в полостях Г и Ж перемещается влево, сжимая пружину 5 и открывая проход рабочей жидкости через основной клапан из полости Р.

Клапан имеет каналы ΚΙ, К2 и X, которые при необходимости могут быть соединены с внешними распределителями для его дистанционной разгрузки.

На рис. 4.13, β приведена характеристика клапана ρ — f (Q) — зависимость давления настройки ρ от расхода рабочей жидко­сти Q, проходящей через клапан (на рисунке Q _min и Q _ном — ми­нимальный и номинальный расходы; Δρ — изменение давления настройки в диапазоне расхода от Q _min до Q _ном)·

Рис. 5.8 Конструкция (а) и типовая статическая характеристика (б) предохранительного клапана непрямого действия МКПВ для стыкового монтажа

Предохранительные клапаны непрямо­го действия МКПВ для стыкового и труб-

ного монтажа по ТУ2-053-1737-85 (рис. 5.8) состоят из следующих основных деталей и уз­лов: корпуса /, клапана 8, размещенного в гильзе 10, пружины 9 и вспомогательного кла­пана 3, а в исполнении с электроуправлением они дополнительно комплектуются пилотом, устанавливаемым на клапане 3. Масло из на­порной линии подводится к отверстию Р кор­пуса и отводится в сливную линию через от­верстие Т. Отверстие Р через малое отверстие / / 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 (регулируется винтом б, сжимающим пружину 5), последний закпыт 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, давление в полости 2 упадет, и клапан 8 под действием небольшого давления (~0,3 МПа) в отверстии Р поднимется, сжимая сравнительно слабую пружину 9 и соединяя отверстия Р и Т (режим разгрузки).

Рис. 5.11. Типовые схемы применения клапанов МКПВ для стыкового и трубного монтажа

В гидросистеме, показанной на рис. 5.11, а масло от регулируемого насоса / через распре­делитель 4 поступает в поршневую полость цилиндра 5, а из штоковой вытесняется в бак. Давление масла определяется нагрузкой на ци­линдре и контролируется манометром 2. Пре­дохранительный клапан 3 срабатывает лишь в случае перегрузки. Предохранительный клапан3 в схеме, рис. 5.11, б, работает в переливном режиме, так как дроссель б ограничивает поток масла, поступающего от нерегулируемого на­соса 1 в цилиндр 5, а оставшаяся часть масла через клапан 3 возвращается в бак, причем давление в гидросистеме определяется настрой­кой клапана и практически не зависит от на­грузки на цилиндре. В гидросистеме, рис. 5.11, в, насос разгружается от давления при выключе­нии магнита клапана 3 с электроуправлением. Поскольку в сливной линии установлен под­порный клапан 7, слив управления выведен в бак из отверстия У. Это позволяет обеспечить постоянство давления в линии Р независимо от настройки давления подпора. В схеме преду­смотрена возможность ручной разгрузки насоса с помощью вентиля 8, подключенного к от­верстию X.

Переливные клапаны предназначены для поддержания заданного давления в напорной линии путем непрерывного слива рабочей жидкости во время работы.

Переливные клапаны отличаются от предохранительных ха­рактеристикой пружин. Для обеспечения слива рабочей жидкости в большом, диапазоне изменения расхода необходимо обеспечить как можно меньшее изменение давления в напорной линии.

Рис, 4.14. Переливные клапаны пря­мого действия с золотником:

а — обыкновенным; б — дифференциаль­ным

К герметичности переливных клапанов не предъявляют вы­соких требований, поэтому их запорно-регулирующие элементы часто выполняют в виде золотников (рис. 4.14). Основными элементами переливного клапана с обыкновенным золотником (рис. 4.14, а) являются корпус 1, цилиндрический золотник 2 и пружина 3. Клапан на заданное давление регулируют при по­мощи регулировочного винта 4. В корпусе имеются два отвер­стия Ρ κ Τ для подвода и отвода рабочей жидкости. Принцип работы клапана следующий. При подводе к клапану рабочей

жидкости под давлением золотник 2 под действием разности сил давления и пружины перемещается вверх. При этом образуется рабочее проходное сечение (щель) между острыми кромками ци­линдрической расточки корпуса и золотника. Чем больше расход рабочей жидкости, поступающей из напорной линии, тем больше степень открытия клапана. При этом изменение давления в на­порной линии пропорционально перемещению запорно-регулиру­ющего элемента и жесткости пружины.

Переливной клапан с дифференциальным золотником (рис. 4.14, б) состоит из аналогичных элементов, но золотник имеет два цилиндрических пояска разных диаметров d₁ и d₂. Пружина клапана воспринимает давление жидкости, действующее на эффективную площадь, равную разности площадей торцов зо­лотника. Использование в клапане дифференциального золот­ника, работающего по принципу гидравлического уравновешива­ния, позволяет уменьшить размеры пружины.

Переливные клапаны в гидроприводах с дроссельным управ­лением подключают к напорным линиям параллельно. В сливных линиях переливные клапаны иногда устанавливают последова­тельно. В этих случаях они выполняют функцию подпорных клапанов.

К основным параметрам напорных клапанов (ГОСТ 16517—82*) относятся условный проход; номинальное давление; диапазон ре­гулирования давления; максимальные внутренние утечки жид­кости (для предохранительных клапанов); масса (без рабочей жидкости); зависимость давления настройки от расхода.

Редукционным называется клапан давления, предназначенный для поддержания давления в отводимом от него потоке рабочей жидкости более низкого, чем давление в подводимом потоке.

Редукционные клапаны применяют в гидроприводах, в которых от одного источника питаются несколько потребителей, работа­ющих при разных давлениях.

Редукционные клапаны постоянного давления

Рис. 72. Расчетные схемы редукционных кла­панов

Редукционный клапан или редуктор (рис. 72, а) представляет собой авто­матически действующий дроссель, сопротивление которого равно в каждый данный момент разности между переменным давлением р_н на входе в кла­пан и постоянным (редуцированным) давлением P_ред