Клапан предохранительный

Клапана предохранительные могут быть и клапанного, и золотникового исполнения. На рис. 10.1 представлена схема, поясняющая работу предохранительного клапана, и его условное обозначение. В исходном состояни запирающий элемент клапана в виде конуса под действием пружины, сила сжатия которой регулируется, закрывает проход жидкости из нагнетательной линии в сливную линию. Со стороны напорной линии на эффективную площадь запирающего элемента (площадь, которая подвергается действию давления) будет действовать сила:

R = p f,

где p – давление на конус со стороны линии напора;

f – эффективная площадь.

Рис. 10.1. Схема клапана ограничения давления

С другой стороны этой силе противостоит сила сжатой пружины Р_ПР. При превышении давления в напорной линии свыше некоторой величины усилие на запирающий элемент, вызванное этим давлением, превысит усилие пружины, прижимающей запирающий элемент к седлу.Запирающий элемент отойдет от седла и часть подачи насоса сольется в бак. Так как жидкость при этом дросселируется, то на входе в клапан мы будем постоянное по величине давление p,меньшее чем давление на выходе насосана величину гидравлических потерь в клапане. На выходе клапана будет действовать давление р₁. Баланс сил, действующих на запирающий элемент, будет иметь следующий вид:

, (10.1)

где f₂ – эффективная площадь запирающего элемента с тыльной стороны.

Из этого следует, что давление на входе в клапан определяеться не только силой пружины, действующей на запирающий элемент. Поэтому стремятся к тому, чтобы запирающий элемент в клапане был статически уравновешен.

При некотором значении давления на входе клапана он откроется настолько, что вся подача насоса уйдет в бак (функция предохранения).

На рис. 10.2 представлена конструктивная схема клапана опредохранительного и его условное обозначение. Работа клапана происходит следующим образом. Жидкость из напорной линии подается к отверстию P клапана и далее по двум каналам в корпусе жидкость подводится к торцу золотника. Один из каналов оснащен обратным клапаном 5, другой канал содержит содержит демпфер 6 в виде отверстия малого сечения. Наличие двух каналов (они реализуют обратную связь по давлению), подающих жидкость к торцу золотника, увеличивает быстродействие клапана и, тем самым, снижает пик давления в гидросистеме перед его открытием. Это важно и при закрытии клапана. В случае падения давления пружина начнет перемещать запирающий элемент к седлу, одновременно вытесняя жидкость из каналов обратной связи. Один из каналов будет заперт обратным клапаном практически мгновенно. Наличие демпфирующего отверстия в другом канале сделает закрытие гидроаппарата относительно медленным, спокойным, исключающим скачок давления и возможность возникновения автоколебаний запирающего элемента или гидроудара.

Рис. 10.2. Конструктивная схема клапана предохранительного
и его условное обозначение:
1 – корпус; 2– золотник; 3 – пружина; 4 – винт; 5 – обратный клапан; 6 – дроссель

В некоторых типах клапанов с целью предотвращения колебаний давления вместо дросселейвстраивают демпфирующие поршни. На рис. 10.3 изображена типовая характеристика клапана предохранительного прямого действия.

Рис. 10.3. Характеристика предохранительного клапана прямого действия

Давление настройки клапана 5 МПа (50 бар), однако, как видно из графика, открытие клапана произошло при 4 МПа (40 бар). Это нужно иметь в виду при настройке клапанов в гидросистеме.

Клапаны предохранительные с внешним управлением применяются для сброса давления в случае аварийных ситуаций. Для этого предусмотрено отверстие для подачи внешнего управляющего сигнала Х (рис. 10.4).

Рис. 10.4. Клапан предохранительный с внешним управлением
и его условное обозначение

Клапаны предохранительные, кроме поддержания в гидросистеме постоянного давления по исполняемой в гидравлической схеме функции могут выступать, также, как:

· последовательного включения (клапаны последовательности);

· подпорные (поддерживающие);

· тормозные;

· отключающие.

Подпорный (поддерживающий) клапан давления противодействует силам инерции, возникающим за счет тянущей нагрузки (рис. 10.5)

Тормозной клапан предотвращает скачки давления в гидродвигателе, которые могут возникнуть под действием сил инерции нагрузки при внезапном закрытии распределителя (рис.10.6).

Клапан последовательностипри превышении давления, на которое он настроен, открывает проход жидкости к новым потребителям энергии.

Рис 10.5. Функции, выполняемые предохранительным клапаном в гидросистеме

Отключающие клапаны давления в случае превышения давления переключают часть гидравлического контура на слив в гидробак. При этом отсечка напорной части гидросистемы от отключенного контура осуществляется с помощью обратного клапана. Иллюстрацией к сказанному является схема на рис. 10.7. Приведенная гидравлическая система использует два насоса: один низкого давления (Н1), другой – высокого давления (Н2). При достижении в линии нагнетания давления настройки напорного клапана 2 он откроет проход для разгрузки насоса Н1 на бак. Одновременно насос высокого давления Н 2 с помощью обратного клапана 6 блокирует работу насоса Н1 на линию нагнетания.

Рис. 10.6. Клапан предохранительный в функции тормозного клапана

Рис. 10.7. Работа предохранительного клапана в функции отключающего

Отечественные напорные клапана строятся по схеме аппарата, у которого две основные лини и две линии управления. Используя эти линии незазависимо, или соединяя их, можно получить дополнительно четыре исполнения напорного клапана для реализации различных функций в гидросистеме (рис. 10.8) При этом на торец золотника клапана с одной стороны действует давление одной управляющей линии, на другой торец золотника действует усилие регулируемой пружины или давление другой управляющей линии.

Регулируемый клапан разности давленийподдерживает заданную разность давлений в подводимом и отводимом потоках.

По исполнениюклапаны предохранительные могут быть прямого действия и непрямого действия. При небольших расходах жидкости и рабочих давлениях применяют клапаны прямого действия, когда давление жидкости действует на ЗРЭ (шарик, конус, тарельчатый профиль) напрямую.

При больших расходах и рабочем давления жидкости резко увеличивается размер пружины, поэтому в гидросистемах часто используют клапаны давления непрямого действия. Они наиболее совершенны по геометрическим размерам и техническим характеристикам.