Гидро- и пневмоаппаратура.

(усл. обозн.: ГОСТ 2.781 - 68)

Гидро- или пневмоаппаратом называется устройство гидро- ил пневмопривода, которое выполняет хотя бы одну из следующих функций:

а) изменяет или ограничивает направление потока жидкости или воздуха;

б) открывает или перекрывает поток рабочей ж. или в.;

в) изменяет параметры потока (расход, давление) или поддерживает их заданное значение.

Гидро и пневмоаппарты классифицируются по следующим признаком:

I) По конструкции запорно – регулирующего эл – та:

а) золотники;

б) краны;

в) клапаны.

II) По принципу воздействия на запорно – рег. эл – т:

а) клапаны;

б) аппараты неклапанного действия. (заг., краны)

III) По возможности регулирования:

а) регулируемые;

б) нерегулируемые.

IV) По характеру открытия проходного сечения:

а) регулирующие;

б) направляющие.

V) По назначению:

а) клапаны давления;

б) дроссели;

в) распределители;

г) обратные клапаны.

Для конструкции любого гидро- пневмоаппарата характерно наличие запорно – регулирующего элемента, которым является подвижная деталь (клапан (а), золотник (б), кран (в)). Эта деталь при перемещении частично или полностью перекрывает рабочее проходное сечение гидропневмоаппарата.

Основными параметрами гидроаппаратов являются (ГОСТ 16517 - 76):

- условный проход D_у;

- расход рабочей жидкости (воздуха) Q, м³/с;

- номинальное давление раб. Жидкости, воздуха, р_ном, Па;

- перепад давлений, , Па;

- площадь рабочего проходного сечения, S, м²;

- масса гидропневмоаппарата, кг.

Под характеристикой гидроаппарата понимают функциональную зависимость между определенными параметрами: Q ( ), Q (S), (S)… ( (X)).

Клапаны

Клапан (давления) – гидропневмоаппарат, где величина открытия рабочего проходного сечения изменяется под действием потока рабочей жидкости, проходящей через него. Различают (1 по назначению предохранит., переливные) (а) напорные, (б) редукционные и (в) разности и соотношения давлений клапаны. (2) По воздействию потока на запорно – регулирующий эл – т: клапаны прямого и и непрямого (из осн. и вспом. клапанов) действия. (3 По конструкции запорно – рег. эл – та: а) шаровые; б) конус; в) золотник)

Предохранительные клапаны – для предохранения г. и п. приводов от давления рабочей среды, превышающего установленное. Эти клапаны относятся к клапанам эпизодического действия. Осн. технические требования к предохр. клапаном: высокая герметичность сопряжения седло – клапан, стабильность давления настройки клапана ( 5%). По конструкции запорно – регулирующих эл – ов различают шариковые и конусные. Конструктивно данные клапаны состоят из корпуса 1, запирающего эл – та 2, цил. Пружины 3 и регулировочной шайбы 4. В корпусе обязательно наличие двух отв – Ий: подводящего (А) и отводящего (Б). принцип работы основан на управлении силой пружины Р₀ силы давления Р_д на запорно – регулирующий эл – т:

Р_д

При давлении (открытия) р₀, когда клапан начинает открываться: . Полное открытие клапана осуществляется его подъемом от седла на высоту h:

,

где Q – расход жидкости через открытую щель клапана м³/с;

- к-т расхода щели;

d_ср – средний диаметр щели клапана, м;

d – угол наклона щели клапана (конусность): шариковый L = 45⁰; конический L = 30… 60⁰.

- плотность жидкости, кг/м³;

р_кл – потеря давления на щели клапана.

р_кл = р₀ + _Q – изменение давления в гидролинии при пропускании через клапан расхода Q.

Изменение давления объясняется изменением усилия пружины при подъеме клапана:

р₁ = р₀ + zh, z – жесткость пружины, Н/м.

_Q должно быть min. По заданному _Q можно определить требуемую жесткость пружины: z = _{Q .}

При закрытии клапана сила пружины превышает силу давления рабочей среды на запорно – регулирующий эл – т:

р_{закр ,}

где S – площадь затвора на которую действует давление рабочей среды:

Давление открытия р₀ и закрытия клапана р_закр отличаются по значению: разница между ними – гистерезис клапана р_гист = р₀ – р_закр. При создании гидросистем стремятся к за счет уменьшения площади опорного пояска и уменьшения сил трения между запорно – регулирующим эл – Ом и седлом клапана.

Одной из основных хар – к предохр. клапанов является герметичность. Она обеспечивается, если между запорно – регулирующим эл – ом и седлом клапана под действием пружины создается замкнутая линия (полоса), а контактное напряжение на опорной пов – ти значительно превышает давление жидкости:

_{- сила}

> р₀ ^{- давление}

Переливные клапаны предназначены для поддержания заданного давления в напорной линии путем непрерывного слива рабочей жидкости во время работы. Запорно – рег. эл – т: конус, шарик, золотник. К ним не предъявляют высоких требований и часто делают в виде золотников. Используют пружины с малой жесткостью.

Редукционный клапан – клапан давления, предназначенный для поддержания давления в отводимом от него потоке жидкости или газа более низкого, чем давление в подводимом потоке. Их применяют там, где от одного источника питаются несколько потребителей, работающих при разных давлениях. Принцип работы редукционного клапана прямого действия: рабочая жидкость под давлением р₁ подводится в полость А, откуда через проходное сечение В дросселируется в полость Б. давление р₂ < р₁. при повышении редуцированного давления сверх расчетного золотник клапана перемещается вправо, сжимая пружину. При этом рабочее проходное сечение уменьшится, гидравлическое сопротивление увеличится и давление снизится. Если р₂ понизится ниже расчетного, то золотник переместится влево под действием пружины дросселирующая щель увеличится, гидросопротивление уменьшится и давление поднимется до расчетного. Ур – ие равновесия клапана без учета сил трения и гидродинамического давления имеет вид

Р₁ + zh = Sp₂, где

Р₁ – сила пружины при предварительной деформации, Н; z – жесткость пружины, Н/м; h – ход золотника, м; S – площадь торца золотника, м²; р₂ – редуцированное давление, Па.

Для обеспечения стабильного редуцированного давления следует устанавливать пружину малой жесткости.

Клапан разности давлений – клапан давления, предназначенный для поддержания заданной разности давлений в подводимом и отводимом потоках.

Конструктивно клапан состоит из корпуса, запорно – регулирующего эл – та (клапана), пружины и рег. прокладки. Под действием р₁ клапан перемещается вправо, и жидкость (из полости А) поступает в полость Г, откуда через отверстие Б (дроссель) переливается в полость В. Условие равновесия клапана имеет вид:

,

откуда разность давлений: const.

Клапан разности давлений открывается при условии:

.

Такие клапаны применяют в качестве подпиточных.

Гидравлические клапаны соотношения расходов предназначены для поддержания заданного соотношения расходов рабочей жидкости в двух или нескольких параллельных потоках. Их подразделяют на делители и сумматоры. Основными параметрами гидроклапанов соотношения расходов явл –ся: условный проход, номинальное давление, расход жидкости, перепад давлений при р_max и погрешность деления. Применяют при наличии неск. Потребителей и одного источника и наоборот. Обратные клапаны предназначены для свободного пропускания ж. и г. в одном направлении и для перекрытия их движения в обратном направлении. Запорный эл – т - шарик или конус. По конструкции похож на предохранительный, но пружина малой жесткости, предназначенная лишь для преодоления сил трения при посадке. На корпусе этих клапанов наносят стрелку, указывающую направление дв. рабочей ж. и г. Обратные клапаны применяют в схемах, состоящих из нескольких насосов или насоса и гидропневмоаккумулятора для исключения их взаимного влияния при одновременной работе; в блоках фильтрации для обеспечения дв. ж. или газа в одном направлении; в г/п с замкнутой циркуляцией как подпиточные клапаны. Основными параметрами обратных клапанов являются условный проход; номинальное давление; номинальный расход; перепад давлений при номинальном расходе; утечки рабочей жидкости при р_ном.

Гидравлический замок – гидроаппарат, работающий как обратный клапан при отсутствии управляющего воздействия, а при наличии последнего пропускающий жидкость в обоих направлениях. Применяют для автоматического стопорения выходных звеньев гидродвигателей.

Дроссели

Дроссель – регулирующий г.-п. аппарат, предназначенный для поддержания заданного расхода воздуха или жидкости в линии в зависимости от перепада давлений на дросселе. По конструкции запорно – регулирующих эл – ов подразделяют на а) золотниковые и б) крановые, в) клапанные, г) сопло – заслонные, д) жиклёр.

(По возможности регулирования:)

У золотниковых рабочее проходное сечение создается кромками отв – ия корпуса и золотника. При перемещении золотника в осевом направлении изменяется площадь рабочего проходного сечения. В крановых дросселях рабочее проходное сечение создается между пазом в корпусе и узкой щель., выполненной в полном кране. Для изменения сечения дросселя необходимо повернуть кран в ту или иную сторону. Основной характеристикой дросселя явл – ся зависимость расхода жидкости от перепада давлений:

Q_др = S_{др ,}

где - к-т расхода (0,6… 0,7); S_др – площадь рабочего проходного сечения, м²; - плотность рабочей жидкости, кг/м³; - перепад давлений жидкости, Па.

Распределители

Гидравлические и пневматические распределители предназначены для изменения направления потока рабочей жидкости или воздуха в двух или более линиях в зависимости от внешнего управляющего воздействия. (1) По конструкции запорно – рег. эл – та различают: золотниковые (зол., плоские), крановые, клапанные (мар., конич). (2 По способу управления) Могут управляться вручную, механически, электро-, гидро- или пневмоприводом. (3 По воздействию на поток: направляющие, дросселирующие) Правила построения условных обозначений распределителей установлены ГОСТ 2.781 – 68. указывают в числителе число внешних линий, в знаменателе – число позиций.

В обозначении распределителя указывают след. элементы: позиции запорно – регулирующего эл – та; внешние линии связи, подводимые к распределителю; проходы (каналы) и элементы управления. Число позиций изображают соответствующим числом квадратов. Проходы изображают прямыми линиями со стрелками, показывающими направление потоков рабочей жидкости в каждой позиции, а места соединения проходов выделяют точками. Закрытый ход изображают тупиковой линией с поперечным отрезком.

Внешние линии связи всегда подводят к исходной позиции. Принцип работы распределителя: необходимо мысленно на схеме передвинуть соответствующий квадрат на место исходной позиции, оставляя линии связи в прежнем положении.

Направляющие распределители изменяют направление, пускают или останавливают поток рабочей жидкости в зав. От упр. Воздействия. Дросселирующие не только изменяют направление потока, но и регулируют расход и давление рабочей жидкости в соответствии с изменением внешнего воздействия.

Золотниковые распределители могут быть с цилиндрическим и плоским золотником. Расход рабочей жидкости:

Q = ,

где - к-т расхода (0,61… 0,65); в – ширина окна золотника, м; n – число окон распределителя; х – смещение золотника, м; р – перепад давлений в щели распределителя, Па; - плотность рабочейжидкости, кг/м³.

Скорость движения жидкости в каналах распределителя – 10… 15 м/с.

Крановые распределители применяют при небольших расходах и давлениях рабочей жидкости. Запорно – регулирующим эл – Ом в них явл – ся пробка (цил., конич.) совершающая поворотное дв. вокруг своей оси. Клапанные распределители имеют более высокую герметичность. По конструкции запорно – регулирующего Эл – та подразделяют на шариковые и конические. Клапанные распределители состоят из корпуса, шарикового или конич. клапана , пружины и толкателя, действующего на клапан. При заданном расходе диаметр клапана находят по формуле:

.

V 5 м/с; d – диаметр толкателя, м.

Усилие, необходимое для открытия клапана без учета сил трения:

Р = Р₁ + Р_пр – Р₂ = ,

где z – жесткость пружины; H – предварительная деформация пружины; d – диаметр толкателя.

Кондиционеры.

Кондиционеры рабочей жидкости или воздуха служат для получения необходимых качественных состояний жидкости и газа. К ним относятся фильтры, сепараторы, теплообменные аппараты и воздухоспускные устройства, а также влагоотделители, маслораспылители, маслоотделители, теплообменники и глушители.

Фильтр – это аппарат для разделения жидких неоднородных смесей и газов при пропускании через пористую среду или пов-ть с отверстиями или щелями. Осн. эл – ты конструкции: корпус и фильтрующий эл – т. Подразделяют 1: на а) щелевые, б) сетчатые и в) пористые; г) отстойные и прямоточные. 2 а) полнопоточные и б) неполнопоточные. 3 материал фильтроэлементов: а) картон, б) бумага, в) проволока из нержавеющей стали, г) ткани, д) керамика, е) металлокерамика. Основные параметры фильтров:- тонкость фильтрования, , мкм; - номинальное давление и номинальный расход жидкости или воздуха; - допустимый перепад давлений; - ресурс работы фильтроэлемента:

, где

Q – расход жидкости, м³/с; g – удельный расход ж. через ед. площ., м/с; - перепад давления в фильтре, Па; - динамическая вязкость, Па с.

Сепараторы – устройства для разделения неоднородных жидких и газообразных смесей под воздействием различных внешних силовых полей: магнитные, центробежные, отстойники, электростатические (гравитационные). Магнитные малы и просты по конструкции. Постоянный магнит вмонтируют в пробки корпусов гидробаков, насосов и др. устройств, которые располагают в нижних точках.

Центробежные сепараторы представляют собой центрифуги, вращающиеся от внешнего привода, либо внутренним гидрореактивным приводом: загрязняющие частицы отбрасываются под действием центробежных сил к стенкам ротора и осаждаются на них.

Отстойники – предназначены для очистки жидкости от взвешенных частиц под действием сил гравитационного поля. В виде самостоятельных конструкций применяются редко. Как правило, в гидробаках предусматривают специальные отстойные зоны (отсеки, полости).

Электростатические – для тонкой очистки раб. Среды от электризованных твердых частиц. Частицы в жидкости заряжаются в результате трения с диэлектрической жидкостью. Сепаратор состоит из 2-х электродов 2, покрытых пористыми пластинами 3. Попадая в электрическое поле, созданное электродами 2, помещенными в корпусе 1, частицы 4 притягиваются к тому или иному электроду в зависимости от знака заряда. В момент соприкосновения с электродом заряд частицы может нейтрализоваться. Для исключения этого на электроде устанавливают диэлектрические пластины 3.

Теплообменные аппараты служат для обеспечения заданной температуры рабочей жидкости и газа гидропневмопривода. По назначению: охладители и нагреватели. В основном применяют охладители, т.к. жидкость и газ при нагреве ухудшают характеристики. Охлаждение может быть воздушным или водяным. Нагреватели иногда устанавливают для обеспечения запуска и работы двигателя в условиях низких температур окружающей среды.

Влагомаслоотделители осушают рабочий воздух. В качестве фильтрующего элемента, в основном применяют минералокерамику.