Министерство образования Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

621 Г 464

ГИДРОПРИВОД

и

ГИДРОАВТОМАТИКА

№ 2636

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине

«Гидравлика и гидропривод» для студентов МТФ всех специальностей и форм обучения

НОВОСИБИРСК 2011

УДК 621.226 (076.5) Г 464

Составители: канд. техн. наук, доц. В.И. Каплин, …….

Рецензент: д-р техн. наук, проф. …….

Работа подготовлена на кафедре автоматизации производственных процессов в машиностроении

© Новосибирский государственный технический университет, 2011

Лабораторная работа № 1 изучение конструкций гидравлической аппаратуры

Любой гидропривод в общем случае включает в себя следую­щие элементы: источник гидравлической энергии (насос); преоб­разователь энергии давления жидкости в механическую работу (гидродвигатель); направляющую и регулирующую аппаратуру; контролирующие устройства, предназначенные для измерения параметров работы звеньев системы и рабочей жидкости; вспо­могательные устройства.

В лабораторной работе рассматриваются некоторые наиболее важные элементы гидроприводов, входящие в группу регули­рующей и направляющей аппаратуры.

1. Регулирующая гидроаппаратура

Регулирующая гидроаппаратура изменяет давление или расход потока жидкости путем частичного или полного открытия рабо­чего проходного сечения. К таким аппаратам относятся различные клапаны давления, ограничивающие, поддерживающие или регулирующие давление в гидросистеме, дроссели и регуляторы потока, а также дросселирующие распределители.

1.1. Гидроклапаны давления

По характеру регулирования клапаны давления подразделя­ются на напорные, редукционные и клапаны разности давления.

По воздействию потока на запорно-регулирующий элемент гидроклапаны бывают прямого действия и непрямого действия (рис.1).

а) б)

……………….

……………….

в)

Рис. 1. Принципиальные схемы напорных гидроклапанов прямого и непрямого действия и их условное обозначение на схемах.

По функциям, которые напорные клапаны выполняют в гидросистеме, они могут обеспечивать 3 режима работы (см. рис.2):

- предохранение системы от перегрузки (рис.2а);

- поддержание постоянного давления в системе (рис.2б);

- дистанционное управление работой клапана, и как следствие, давлением в системе (2в).

v

v

F

Q_Н

Q_др

R

R

P_сл≈0

P_сл≈0

Q_КЛ

P_Н=const

Q_Н

F

v

R

P_сл≈0

Q_др

Q_Н

P_Н=const

Q_КЛ

Рис.2.Примеры схем, иллюстрирующих работу напорных клапанов в различных режимах.

1.1.1. Напорные гидроклапаны прямого действия. Схема напорного клапана прямого действия, подключённого в варианте его установки на входе в гидросистему, показана на рис.1,а. Дав­ление масла Р_н на входе в напорный клапан подводится под ниж­ний горец золотника 1 через демпферное отверстие 2. Сверху на золотник 1 действует усилие R_пр пружины 3, которое можно ре­гулировать винтом 4.

В режиме предохранения от перегрузки золотник 1 находится в нижнем положении и перекрывает щель Х_зoл. Давление Р_н в на­порной линии устанавливается в соответствии с нагрузкой на гидродвигателе и гидравлическими потерями в гидросистеме. Если давление возрастает, например в аварийной ситуации, и достигает значения, на которое настроен аппарат, золотник, пре­одолевая предварительно настроенное усилие пружины, поднимается, приоткрывает щель и пропускает масло на слив, ограничивая дальнейшее возрастание давления.

В режиме поддержания постоянного давления (переливном) золотник всегда находится в равновесном состоянии под дейст­вием пружины сверху и давления снизу, а щель открыта на неко­торую величину, зависящую от проходящего через нее расхода. Такая ситуация (рис.2б) возникает при подключении в систему дросселя, когда весь расход насоса пройти через дроссель не может, давление до дросселя повышается, открывает щель напорного клапана и «лишний» расход сливается через неё в бак. Если давление Р_н стремится уменьшиться или увеличиться, то золотник перемещается, соот­ветственно уменьшая или увеличивая величину щели.

Давление Р_н в установившемся режиме работы при постоян­ном расходе через клапан может быть определено из условия равновесия золотника.

Р_{н *} f_зол = R_пр или Р_н = ^_________ (1)

где R_пр - усилие пружины; f_зол - площадь нижнего торца золот­ника.

Различную величину давления в напорной линии P_н можно настраивать, изменяя усилие пружины R_пр. регулирующим винтом.

Если же расход через клапан изменится, то стремящееся измениться давление сместит золотник и он займет новое равновесное состояние. Усилие пружины при этом изменится на некоторую величину ∆R_пр.

Изменение давления, на которое клапан был настроен при первоначальном расходе, равно

, (2)

где с - жесткость пружины; ∆X_зол - величина изменения щели от первоначального положения.

Таким образом, напорный клапан прямого действия в пере­ливном режиме при изменении расхода поддерживает заданное давление с некоторой погрешностью, пропорциональной жестко­сти пружины.

В режиме дистанционного управления внутренняя линия с демпферным отверстием 2 (рис.1,а) может быть отключена, а давление под нижний торец золотника подаётся по внешней линии дистанционного управления. Например (рис.2,в), если в гидросистеме нужно открывать или перекрывать какую-либо линию, то давление под нижний торец может быть подано (линия открыта) или снято (линия закрыта).

Для машиностроения специализирован­ными отечественными заводами выпускаются напорные клапаны прямого действия моделей Г54 (напорные золотники) и Г66 (на­порные золотники с обратными клапанами) различных конструк­тивных исполнений по присоединению, расходу (условному про­ходу) и давлению. Различные исполнения аппаратов по давлению отличаются размерами (жесткостью) пружин, а по расходу - диа­метрами условных проходов Д_у (проходных сечений) и диамет­рами золотников.

1.1.2. Напорные гидроклапаны непрямого действия. Такие аппараты выполняют те же функции, что и предыдущие, однако являются значительно более сложными по конструкции и применяются, когда необходимо обеспечить более точную стабилизацию давления в переливном режиме (рис.2,б).

Аппа­рат (рис. 1, б) состоит из двух клапанов: шарикового 1 и золотни­кового 4. Шариковый является вспомогательным, а золотниковый - основным.

В режиме предохранения от перегрузки, когда давление в напорной линии системы Р_н не достигло заданного (как правило, аварийного) значения, шари­ковый клапан закрыт, давление в полостях А, B и C одинаково и равно давлению Р_н. Так как сумма нижних площадей золотника в полостях а и в равна верхней площади в полости С, то золотник 4 под действием пружины 3 находится в нижнем положении и пе­рекрывает щель Х_зол. Когда давление достигает настроенной ве­личины, шариковый клапан открывается и масло через него не­большим потоком пропускается на слив. При появлении потока через дроссель 5 (рис.1,б) давление в полости С уменьшается и далее остаётся постоянным с большой степенью точности, так как деформации пружины 2 малы, усилие её меняется незначительно и это практически не влияет на изменение давления Р_с. Золотник под действием давления Р_н в полостях А и В перемещается вверх, щель Х_зол приоткрывается и жидкость из напорной линии пропускается на слив. Таким образом, давление не превышает заданное и клапан предохраняет систему от перегрузки.

В переливном режиме через шариковый клапан постоянно проходит поток масла, щель Х_зол устанавливается на определен­ном уровне и меняется в зависимости от изменения потока. Как и в клапанах прямого действия, золотник, занимая различные рав­новесные положения, изменяет сопротивление дросселирующей щели и поддерживает давление Р_н постоянным.

Давление Р_н может быть определенно из условия равновесия золотника

Р_н (f_a + f_b) = P_c f_c + R_пр.зол. , откуда

(3)

Различную величину давления Р_н можно настраивать, изменяя давление Р_с, путем регулирования усилия пружины 2.

Так как усилие пружины 2 меняется незначительно и давление Р_с с большой степенью точности можно считать посто­янным, таким образом, изменение настроенного давления при изменении расхода через клапан будет зависеть от изменения усилия пружины 3 и площади золотника и определяется, как и для напорного клапана прямого действия, по формуле (1). Пружина меньшей жесткости позволяет клапану непрямого действия стабилизировать давление значительно более точно по сравне­нию с клапаном прямого действия.

В режиме дистанционного управления (на рис.2 этот пример не показан) линия управления подаётся в полость С с целью принудительного изменения давления Р_с и , соответственно, давления Р_н. Например, если принудительно соединить полость С со сливом, то золотник 4 поднимется в крайнее верхнее положение и весь расход насоса будет уходить на слив, снижая давление Р_н практически до нуля. В гидроприводе такая процедура называется разгрузкой системы от давления и часто применяется для остановки гидродвигателя без отключения насоса.

В машиностроении применяется два типа напорных клапанов не­прямого действия: Г52 и клапан по ГОСТ 21148-75 разных типо­размеров.

1.1.3. Редукционные гидроклапаны непрямого действия. Основное назначение редукционных клапанов в машиностроении заключается в понижении основного (высокого) давления до более низкого, которое требуется для питания какого-либо участка гидросистемы. В машиностроительном гидроприводе применяются редукционные клапаны типа Г57 и клапаны по ГОСТ 21129-75, которые в значительной степени подобны по конструкции описанным выше напорным гидроклапанам непрямого действия.

Рис. 3. Принципиальная схема редукционного клапана

В нерабочем состоянии шариковый клапан 2 (рис.3) закрыт, давление в полостях A, B, C одинаково, а золотник 4 под действием пружины 3 находится в крайнем нижнем положении. Так как при этом щель X_зол полностью открыта, то давление Р₁ на входе и Р₂ на выходе клапана равны между собой.

При достижении давления Р₂ требуемого значения, шариковый клапан 2 приоткрывается т по линии Р₂ через дроссель 5, полость С, шариковый клапан 2 и слив появляется поток жидкости. При этом на дросселе 5 падает давление, Р_с уменьшается и под действием более высокого давления в полостях А и B золотник 4 приподнимается , образуя дросселирующую щель X_зол и приводя клапан в рабочее состояние.

В рабочем состоянии золотник 4 находится в равно­весии и дросселирует поток жидкости, проходящий через клапан, вследствие чего давление на выходе Р₂ всегда ниже давления на входе P₁. Жидкость в небольшом количестве постоянно поступает из полости с через шариковый вспомогательный клапан 2 в линию слива. При этом давление в полости с поддерживается постоян­ным и будет ниже давления Р₂ в полостях А и B из-за потерь давления на дросселе 5. Разность этих давлений определяется усилием пружины 3 (см. описание работы клапана в переливном режиме в п.1.1.2).

Изменение редуцированного давления Р₂ вызывает осевое перемещение золотника в направлении уменьшения ошибки. Так, при повышении Р₂ золотник 4 поднимается вверх, уменьшая дросселирующую щель. При понижении Р₂ золотник под действием пружины 3 опускается вниз - дросселирование потока уменьшается. Изменение давления Р₂ будет пропорционально изменению усилия пружины 3 и, таким образом, клапан автома­тически поддерживает редуцированное давление практически постоянным.

Требуемая величина редуцированного давления настраивает­ся изменением усилия пружины 1.