ГИДРОАППАРАТЫ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ

К гидроаппаратам управления расходом относятся ре­гулируемые дроссели, регуляторы расхода и синхронизаторы расходов.

Дросселем называется гидроаппарат управления расходом, предназначенный для создания сопротивления потоку рабочей жидкости.

В дросселе с золотником (рис. 4.16) рабочее проходное сечение (дросселирующая

щель) создается между кромками расточки корпуса 1 и золотника 2. Для изменения площади рабочего проход­ного сечения дросселя необходимо переместить золотник в осевом направлении.

В дросселе о крановым запорно-регулирующим элементом (рис. 4.16, б) проходное сечение создается между расточкой кор­пуса / и узкой щелью, выполненной в полом кране 3. Для изме­нения площади рабочего проходного сечения дросселя необхо­димо повернуть кран в ту или иную сторону.

На рис. 4.17 приведена конструкция дросселя типа ПГ77-1 [6], состоящего из корпуса 1, втулки 2, втулки-дросселя 3, винта 4, валика 6, лимба 8, контргайки 7, пробки 11, пружины 10, указа­теля оборотов 5 и штифта 9.

Принцип работы дросселя следующий. Рабочая жидкость под­водится в полость Ρ (подвод), проходит через дросселирующую щель, образованную острыми кромками фасонного отверстия треугольной формы во втулке 2 и торца втулки-дросселя 3 (вид Б), и отводится из полости А (отвод). Расход регулируется путем осе­вого перемещения втулки-дросселя 3 с помощью винта 4 в одну сторону и пружины 10 — в противоположную. Винт поворачи­вается от лимба 8 через валик 6. Полному осевому перемещению втулки-дросселя соответствуют четыре оборота лимба. После каж­дого полного оборота лимб с помощью штифта 9 поворачивает на 1/4 оборота указатель 5, на торце которого имеются цифры 1….4, самопроизвольный поворот указателя предотвращает шариковый пружинный фиксатор.

Расход (м³/с) жидкости через дроссель

Q_др =mS_дрO2Δρ/r (4.8)

где μ — коэффициент расхода (μ = 0,6 ... 0,7); S_др—площадь рабочего про­ходного сечения, м²; ρ — плотность рабочей жидкости, кг/см³; Δρ — перепад давлений жидкости, МПа.

Из формулы (4.8) видно, что расход жидкости через дроссель при прочих равных условиях зависит не только от площади рабо­чего проходного сечения, но и от перепада давлений. Чем меньше перепад давлений Δρ, тем меньше расход Q_др, и наоборот. Так как перепад давлений зависит от нагрузки, приложенной к вы­ходному звену гидродвигателя, то при переменной нагрузке нельзя получить с помощью одного только дросселя постоянный расход и, следовательно, стабильную скорость выходного звена гидродвигателя. Поэтому в гидроприводах с дроссельным управ­лением применяют регуляторы расхода.

Регулятором расхода называется гидроаппарат управления расходом, предназначенный для поддержания заданного значе­ния расхода независимо от перепада давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости.

Конструктивно регуляторы расхода представляют собой блоки, состоящие из регулируемого дросселя и клапана. При помощи дросселя, как правило, управляют расходом рабочей жидкости, а при помощи клапана автоматически обеспечивают постоянный перепад давлений на дросселе. Клапаны, входящие в состав регу­ляторов расхода, могут быть включены о дросселем как последо­вательно, так и параллельно.

Регулятор расхода типа МПГ55-2 (рис. 4.18) состоит из кор­пуса 1, деталей регулируемого дросселя типа ПГ77-1 (втулки 2, втулки-дросселя 3, винта 4, валика б, лимба 8, контргайки 7, пробки 11, пружины 10, указателя оборотов 5 и штифта 9) и деталей редукционного клапана (втулки 14, золотника 15, пру­жины /3 и пробок 12) 16].

Принцип работы регулятора расхода следующий. Рабочая жидкость поступает в отверстие Ρ (подвод) и далее через отвер­стие К во втулке 14, частично перекрытые рабочей кромкой зо­лотника 15, и отверстие Ж в этой же втулке к дросселирующей щели втулки 2, а затем к отверстию А (отводу).

При осевых перемещениях золотника изменяется гидравличе­ское сопротивление отверстий К, благодаря чему давление р₁ на входе в дросселирующую щель понижается по сравнению с давле­нием в напорной линии.

Уравнение равновесия сил, действующих на золотник, в ста­тическом состоянии имеет вид

р₁ (F₁ + F₂ ) = р₂(F + F_np),

где F₁ F₂ F — площади торцовых поверхностей золотника в полостях Д, Ε и Л соответственно; р₂ — давление на выходе из дросселирующей щели; F_np — усилие пружины 13.

Учитывая, что F₁ + F₂ =F и р₁ - р₂ = Δp (Δp — перепад давлений на дросселирующей щели), получаем Δp = F_np / F =const, так как ход золотника 15 мал и изменение Fnp незна­чительно.

При увеличении Δρ золотник смещается вправо, при уменьше­нии — влево, автоматически стабилизируя перепад Δp = (0,2 ... 0,25) МПа и поддерживая постоянство установленного расхода в широком диапазоне изменений давления в отверстиях Ρ и Л при условии, что разность между этими давлениями не ниже 0,5 МПа. Изменение расхода осуществляется так же, как в дрос­селях типа ПГ77-1 поворотом лимба 8.

К основным параметрам дросселей и регуляторов расхода (ГОСТ 16517—82*) относятся условный проход; номинальное дав­ление на входе; максимальное давление на выходе; номинальный и максимальный расход жидкости; масса (без рабочей жидкости); зависимость перепада давлений от расхода [Δp =f(Q)].

Синхронизатором расходов называется гидроаппарат управле­ния расходом, предназначенный для поддержания заданного соот­ношения расходов рабочей жидкости в двух или нескольких па­раллельных каналах.

Делители потока предназначены для разделения одного по­тока рабочей жидкости на два. Их устанавливают последовательно в напорной линии. Сумматоры потоков устанавливают в гидро­системах для соединения двух потоков рабочей жидкости в один.

По принципу действия синхронизаторы расходов разделяют на объемные (дозирование потоков) и дросселирующие. Наиболь­шее распространение в гидроприводах получили дросселирующие синхронизаторы, в которых синхронизация расходов происходит вследствие дросселирования потоков рабочей жидкости.

Дросселирующий делитель потока типа КД (рис. 4.19, а) со­стоит из корпуса 4, делительного золотника 2 со специальными диафрагмами 1, уравнительного золотника 3 и пробок 5 и б [6].

Принцип работы делителя потока следующий. При равном давлении рабочей жидкости в отводящих линиях Л и β золот­ники 2 и 3 находятся в средних положениях, перепады давлений на диафрагмах одинаковы, и поток рабочей жидкости из подводя­щего отверстия Р, разделяясь на две равные части, поступает в отводящие линии Л и В. Если давление в одной из отводящих линий (например, в линии В) увеличивается, то возрастает давле­ние и в правой торцовой полости золотника 3. Под действием перепада давлений золотник 3 смещается влево, увеличивая со­противление дросселирующей щели Щ1 и уменьшая сопротивле­ние щели Щ2 до тех пор, пока давления на выходе из диафрагмы 1 не станут опять равными. При этом возможные погрешности де­ления компенсируются за счет дополнительного осевого смеще­ния золотника 2, имеющего дросселирование потока жидкости в щелях ЩЗ и Щ4. Во время работы делителя потока золотник 2 , вращается под действием потока жидкости, проходящей через тангенциальные отверстия 7.

На рис. 4.19, б показана схема подключения делителя потока к двум гидроцилиндрам Ц1 и Ц2.

Основными параметрами дросселирующих делителей потока (ГОСТ 16517—82*) являются условный проход; номинальное дав­ление на входе; максимальное давление на выходе; номинальный и максимальный расходы жидкости; погрешность · деления рас­хода; масса (без рабочей жидкости).

ДРОССЕЛИРУЮЩИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ

Дросселирующим распределителем называется регули­рующий гидроаппарат, предназначенный для управления расхо­дом и направлением потока рабочей жидкости в нескольких гидролиниях одновременно в соответствии с изменением внешнего управляющего воздействия. Запорно-регулирующий элемент дрос­селирующего распределителя может занимать бесконечное мно­жество промежуточных рабочих положений, образуя дроссели­рующие щели. Чем больше значение внешнего управляющего сигнала, тем больше площадь рабочего проходного сечения (щель).

Основные правила построения условных графических обозна­чений направляющих распределителей, изложенные в п. 4.3, рас­пространяются и на дросселирующие распределители. Однако в их условном графическом обозначении имеется отличительная особенность — рядом с обозначением проводятся две дополни­тельные параллельные линии (над обозначением и под ним), обо­значающие как бы бесчисленное множество промежутков позиций запорно-регулирующего элемента (см. рис. 4.20, в).

В гидроприводах с дроссельным управлением применяют дрос­селирующие золотниковые (с цилиндрическим и реже — с плоским золотником), а также крановые распределители. Дросселирующие распределители с электрическим управлением и условными проходами D_у < 10 мм используют

s 1

как самостоятельные функциональ­ные гидроустройства. Дросселирующие распределители с большим расходом входят в состав двухкаскадных электрогидравлических усилителей (ЭГУ) мощности (см. гл. 6).

На рис. 4.20, α показана конструкция дросселирующего золот­никового распределителя 4/3 с цилиндрическим золотником 2 и электрическим пропорциональным управлением от двух элек­тромагнитов ЭМ1 и ЭМ2. В корпусе 1 распределителя имеются пять цилиндрических расточек с острыми кромками. Эти расточки внутренними каналами соединены с отверстиями: центральная — с Р; две крайние — с Т и две рабочие — с отверстиями А к В, предназначенными для присоединения распределителя к гидро­двигателю, например к гидроцилиндру Ц.

Принцип работы распределителя следующий. При выключен­ных электромагнитах золотник распределителя находится в ис­ходной нулевой позиции. При этом все проходы в распределителе перекрыты. При включении одного из электромагнитов, например ЭМ1, золотник перемещается вправо в позицию 1 (рис. 4.20, б, в); рабочая жидкость поступает из отверстия Р в отверстие А через дросселирующую щель (в) на входе. При этом происходит дрос­селирование жидкости. От распределителя. жидкость поступает, например, в поршневую полость цилиндра Ц; его поршень вместе со штоком перемещается вправо под действием силы давления; жидкость вытесняется из штоковой полости гидроцилиндра Ц, поступает в отверстие В распределителя, затем дросселируется через второе рабочее проходное сечение (дросселирующую щель г) на выходе и поступает через отверстие Т на слив. После включе­ния электромагнита ЭМ1 золотник под действием пружин элек­тромагнитов возвращается в нулевую позицию.

При подаче пропорционального электрического сигнала управ­ления на электромагнит золотник распределителя перемещается влево в рабочую позицию //. При этом рабочая жидкость дроссе­лируется через щели и поступает из отверстия Ρ в отверстие В и из отверстия А через отверстие Т на слив. В гидроцилиндре Ц изменяется направление движения поршня.

Для уменьшения сил трения и устранения облитерации (заращивания) дросселирующих щелей в золотниковых распредели­телях цилиндрическим золотникам сообщают возвратно-поступа­тельные или поворотные вибрационные колебания небольшой ам­плитуды (10 ... 100 мкм) и высокой частоты (f> 50 Гц) при по­мощи механических вибраторов или электромеханических средств.

На рис. 4.21 показаны схемы перекрытий рабочих окон в зо­лотниковых распределителях. В зависимости от ширины bz цилин­дрического пояска золотника и ширины b₁цилиндрической рас­точки корпуса различают распределители с нулевым (b₁= b₂), по­ложительным (b₂> b₁) и отрицательным (b₂< b₁) перекрытиями. Распределители с положительным перекрытием (рис. 4.21, б) имеют меньшие утечки рабочей жидкости, но большие зоны не­чувствительности b₁ и b₂ . Распределители с отрицательными пере­крытиями (проточные) имеют повышенные утечки рабочей жид­кости, но они более чувствительны к входным сигналам.

Расход жидкости через золотниковый распределитель опреде­ляют по формуле

Q =mbnxO(2Δp/ρ), (4.9) где μ—коэффициент расхода, μ·= 0,61 ...0,65; b — ширина окна золотника; η — число напорных окон распределителя; x — смещение золотника, м; Δp —· перепад давлений в щели распределителя, Па; ρ — плотность жидкости, кт/м³.

Скорость жидкости в каналах распределителя обычно состав­ляет 10 ... 15 м/с.

Основными преимуществами золотниковых распределителей являются их компактность и разгруженность от осевых сил давления рабочей жидкости. Вследствие этого для управления рас­пределителем требуются значительно меньшие усилия, чём для дросселей. При определении необходимого усилия управления распределителем следует, кроме сил инерции и трения, учитывать осевую гидродинамическую силу, возникающую вследствие дрос­селирования жидкости в окне распределителя и направленную в сторону, противоположную направлению скорости дроссели­руемого потока жидкости, т. е. гидродинамическая сила стре­мится сместить золотник к нулевому положению. Гидродинамиче­скую силу (Н) в одной щели распределителя определяют по эмпи­рической формуле [61

F_0гд = 0,324QOΔp, (4.10) где Q — в л/мин; Δp — в МПа.

Для уменьшения гидродинамической силы проводят различ­ные конструктивные мероприятия (профилирование каналов зо­лотников и втулок и т. п.).

Распределители с плоскими золотниками отличаются от рас­пределителей с цилиндрическими золотниками простотой изго­товления (доступность обработки и контроля плоских поверхно­стей) и повышенной надежностью из-за наличия гарантированного зазора между плоским золотником и основаниями. На рис. 4.22,а

показана конструкция дросселирующего распределителя о пло­ским золотником и гидравлической разгрузкой. Плоский золот­ник 3 распределителя закреплен на двух плоских пружинах 2 и 7 и расположен между двумя неподвижными основаниями 1 и 4. Золотник выполнен в виде пластины, в которой имеются два ра­бочих цилиндрических отверстия и одно центральное отверстие. В основания I и 4 запрессованы четыре дросселирующие втулки 5, 6, 8 и 9. В основаниях на сторонах, обращенных к золотнику, профре&ерованы пазы для слива рабочей жидкости. Участки пазов, расположенные между втулками, образуют нижнюю В и верх­нюю Г напорные полости.

Рабочие проходные сечения (рис. 4.20, б) в распределителе образуются острыми кромками рабочих цилиндрических отвер­стий золотника и острыми кромками дросселирующих втулок. Рассматриваемый распределитель является четырехщелевым. Принцип его работы следующий. При соединении полости В с напорной линией гидросистемы в исходной позиции (рис. 4.20, а) рабочая жидкость под давлением через центральное отверстие золотника попадает в полость Г. Благодаря наличию двух поло­стей β и Г на золотник действуют одновременно две силы давле­ния: одна снизу вверх, а другая сверху вниз. В результате пло­ский золотник 3 от гидравлических сил разгружен. При располо­жении золотника в исходной позиции все проходы закрыты.

При смещении золотника, например, вправо (позиция /) (рис. 4.22, б) образуются рабочие проходные сечения (дроссели­рующие щели). Через две левые дросселирующие щели (снизу и сверху) рабочая жидкость под давлением подводится в полость А цилиндра. Поршень цилиндра под действием силы давления пере­мещается вправо и вытесняет рабочую жидкость из полости Б, которая поступает во втулки 8 и 6 и далее через две правые дрос­селирующие щели (снизу и сверху) сливается в корпус распре­делителя.

На рис. 4.23 показана схема кранового распределителя 4/3 с плоским краном 2, расположенным между двумя неподвижными основаниями 1 и 3. Кран поворачивается вокруг оси 4, Напорная полость Ρ образована пазом между двумя втулками 5 и б, которые запрессованы в нижнее основание 1. Такая же напорная полость имеется в верхнем основании 3. Напорная полость В соединяется с напорной линией гидросистемы. В напорную полость верхнего основания рабочая жидкость подводится через отверстие Д пло­ского крана. В нижнем и верхнем отверстиях имеются сливные цилиндрические пазы Т.

Плоский кран установлен в корпусе с гарантированным зазо­ром, обеспечиваемым втулкой 5 между основаниями 1 и 3. Рас­сматриваемый распределитель четырехщелевой.

Принцип работы распределителя следующий. При положении плоского крана в исходной (нулевой) позиции все проходы пере­крыты. При повороте крана 2 на некоторый угол создаются дросселирующие щели — две на входе и две на выходе.

Через дроссе­лирующую щель Ж рабочая жидкость из напорной полости Ρ поступает во втулку 6, далее через отверстие А в поршневую полость цилиндра Ц (рис. 4.23, б). Рабочая жидкость, вытесняе­мая из штоковой полости цилиндра, поступает через отверстие В во втулку 5 и далее через рабочее проходное сечение Ε по пазу Т ' сливается в бак. При работе распределителя снизу и сверху дей­ствуют одинаковые силы давления.

1.