Напрямна гідроапаратура

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
Напрямні гідроапаратів змінюють напрям потоку робочої рідини шляхом повного відкриття або повного закриття прохідного перерізу. До цієї групи апаратів відносяться гідророзподільники золотникового або кранового типу, зворотні клапани, а також деякі гідроклапани тиску, розподільники і вбудовувані апарати, які можуть працювати як напрямні.
Гідророзподільники призначені для зміни напрямку або пуску і зупинки потоку робочої рідини в двох чи більш ліній у залежності від наявності зовнішнього керуючого впливу. Вони дозволяють реверсувати рух робочих органів, зупиняти їх (трехпозиционные розподільники), а також виконувати інші операції відповідно до гідросхеми розподільника. Запорнорегулирующий елемент має вигляд золотника з осьовим рухом крана або з поворотним рухом.
Рис. 4.1. Схеми дії розподільників золотникового (а) і кранового (б) типів
У положенні золотника розподільника ГР(гідророзподільник), показаному на рис. 4.1, основний потік робочої рідини Q з напірної лінії Р по лінії А надходить у штоковую порожнину гідродвигуна ГД, а з поршневої порожнини витісняється через лінію і розподільник в зливну лінію Т. Після перемикання розподільника вправо (або повороту ручки на 45°) направлення потоку реверсують (Р-ГР В-ГД-А-Г-Т), в результаті чого змінюється напрямок руху робочого органу. Трехпозиционные розподільники мають додатково середню позицію, в якій можлива зупинка ГД.Направляючі апарати повинні мати малі витоку, незначні втрати тиску при протіканні через них потоку робочої рідини, мінімальні зусилля для переміщення золотника (або крана), а також можливість отримання ненаголошеного реверсу руху робочого органу при обмеженому часу перемикання. Переміщення золотника в корпусі можливо лише при наявності діаметрального зазору δ між цими деталями, але якому можливі витоку q робочої рідини між порожнинами.Для зниження q необхідно зменшувати δ, проте технологічно забезпечити δ < 10 мкм важко; крім того, при малих зазорах знижується надійність роботи, так як деформації корпусу можуть викликати заклинювання золотника. Для зниження витоків доцільно також зменшувати діаметр d золотника і збільшувати довжину l ущільнюючих пасків, що призводить до небажаного збільшення втрат тиску і ходу золотника. Таким чином, конструктору доводиться вибирати розумний компроміс.
Осьова сила, необхідна для переміщення золотника, залежить від робочого тиску, розмірів золотника, а також правильності геометричної форми золотника і отвори в корпусі. Тертя в золотникової пари залежить від часу перебування золотника в спокої під тиском. Встановлено, що після витримки із золотником розподільника d = 25 мм, мають два ущільнюючих паска l=4 мм, під тиском 20 МПа протягом 1 год. на стенді, захищеному від вібрації, сила, необхідна для стягування золотника, перевищує 500 М. Після витримки під тиском і відключення насоса ця сила залишалася приблизно такою ж. Тертя золотника при наявності робочого тиску виникає внаслідок нерівномірності розподілу тиску в зазорі, що створює неврівноважену радіальну силу, яка діє лише нате ущільнювальні пояски, за якими відбувається витік робочої рідини, викликаний перепадом тисків. Пояски, мають однаковий тиск з обох сторін, радіальною силою не навантажуються.
Однією з причин виникнення защемляющих сил, які залишаються після скидання тиску, є засмічення радіального зазору забруднюючими частинками, що знаходяться у робочої рідини. Найбільш простий спосіб зниження неврівноважених радіальних сил - прорізання на ущільнюючих поясках золотника розвантажувальних канавок шириною і глибиною 0,3.. .0,5 мм, вирівнюючих тиск в зазорі по колу.
Крім гідростатичних сил на золотник діють також осьові гідродинамічні сили (Н) потоку робочої рідини
де Q - витрата рідини через робочу кромку золотника, л/хв: ∆Рдо - перепад тисків на вигині, МПа.
Гідродинамічні сили зазвичай діють у напрямку закриття щілини. Для розподільників, застосовуваних у верстатобудуванні, ці сили порівняно невеликі, і спеціальні засоби для їх зменшення, як правило, не передбачаються. Разом з тим, у регулюючої апаратури компенсація у ряді випадків має велике значення.
При перемиканні розподільників можливі гідравлічні удари в системі. Для виключення ударів на робочих кромках золотника виконуються конічні фаски або дроселюючі прорізи, що забезпечують досить плавне зміна тиску в порожнинах гідродвигуна. Крім того, в розподільниках з гідравлічним і електрогідравлічним керуванням передбачається можливість регулювання швидкості переміщення золотника (час реверсу 0,05...3 с). Коли потрібно висока швидкодія, можуть застосовуватися розподільники з електроуправлінням, що спрацьовують за 0,01...0,02 с. Оскільки тягова сила і хід електромагніту обмежені, безпосереднє електрокерування застосовують для апаратів з Dy, < 10 мм; для великих типорозмірів застосовується електрогідравлічне управління.
Гідророзподільники мають п'ятикамерну або трикамерну конструкцію корпусу. В останньому випадку зливна лінія проходить через торцеві порожнини золотника. При п'ятикамерний конструкції золотник краще центрується (зменшується зношування і небезпека заклинювання); ущільнення штовхача електромагніту не навантажені тиском, а отже, знижуються сила тертя та зношування: відсутні обмеження на тиск у зливній лінії; істотно знижуються діють на золотник гідродинамічні сили потоку робочої рідини, виключаються гідравлічні удари при перемиканні і збільшується ресурс. Разом з тим, в п'ятикамерний конструкції потрібно дренажна лінія для відведення витоків з торцевих порожнин золотника.
Зворотні клапани практично вільно пропускають потік робочої рідини в одному напрямку; при русі робочої рідини в протилежному напрямку клапани герметично закривалася потік.
Гідроклапани тиску пропускають через себе потік робочої рідини, коли досягаються задані значення тиску в лінії підведення, разиости тиску в лінії управління та лінії відводу або різниці тисків у двох лініях управління.
Виконання. Види виконань гідророзподільників класифікують за типом управління, умовного проходу, числа основних гідроліній, гидросхеме і способом установки золотника у позицію.
За типом управління розрізняють розподільники з управлінням: ручним від поворотної рукоятки або кнопки, ножним, механічним від кулачка, гідравлічним від допоміжного розподільника (пілота), електричним від штовхаючого електромагніта постійного або змінного струму, електрогідравлічним, пневматичним або пневмогідравлічним.
Розподільники мають умовний прохід Dy, рівний 6; 8; 10; 16; 20 і 32 мм; промисловістю випускаються також розподільники з великими Dy, проте їх застосування у верстатобудуванні вкрай обмежено.
За кількістю позицій, тобто фіксованих положень золотника щодо корпусу, розрізняють дво - і трехпозиционные апарати.
По числу основних гідроліній розрізняють двох-, трьох-, чотирьох - і пятилинейное виконання розподільників. Різниця між двома останніми полягає в тому, що для першого з них крайні кільцеві канавки корпусу з'єднані між собою внутрішнім каналом і підключені до однієї загальної лінії, а для другого - пов'язані з двома незалежними лініями (зазвичай зливними).
Розподільники керують рухом гідродвигуна таким чином, що в крайніх позиціях золотника рух гідродвигуна реверсується, а в середній позиції трехпозиционные розподільники можуть забезпечити його зупинку. На практиці потрібні різні варіанти з'єднання ліній при зупинці гідродвигуна або в момент перемикання, коли золотник проходить через проміжні положення. Зазначені вимоги можуть бути задоволені шляхом застосування розподільників різних виконань по гидросхеме, що відрізняються, головним чином, осьовими розмірами золотника або геометрією його робочих кромок.
Розглянемо різні виконання гідророзподільників за гидросхемам:
Номер схеми
Умовне позначення
З'єднання каналів
За способом установки золотника в позицію розрізняють виконання розподільників з фіксацією золотника у всіх позиціях або з пружинним поверненням золотника трехпозиционных розподільників середню позицію (при управлінні від кулачка - у крайню позицію) і двохпозиційних -- у вихідну позицію після зняття керуючого впливу.
Витоку робочої рідини. Золотник розподільника розташований в отворі корпусу із зазором 10... 15 мкм. Під дією перепаду тисків через зазори ущільнюючих пасків відбувається витік робочої рідини. При випробуванні розподільників контролюється витік, що надходить в зливний отвір па другій хвилині після перемикання золотника, причому отвори А і В перекрито. Таким чином, визначається сумарна угечка через два ущільнюючих паска. Витік масла по зазорам розподільників сильно залежить від виконання за гидросхеме; максимальні значення витоків при тиску 32 МПа і в'язкості масла 37 мм2/с (сСт) наведено нижче.
Умовний
прохід Dy, мм............... 6 10 16 20 32
Максимальна
витік q, см3/хв.... 200 200 400 500 800
При роботі з меншим тиском витоку пропорційно зменшуються.
Потери давления. Зависимости полных потерь давления ∆р от расхода рабочей жидко­сти Q приведены на рис. 4.2. При испытании ∆р определяется как сумма потерь давления при течении рабочей жидко­сти по каналам распределителя из линии Р в одну из линий (А или В) и из другой линии (В или А) - в линию Т, причем линии А и В со­единяются коротким трубопроводом (или ка­налом в плите), потери давления в котором из­меряйся дифференциальным манометром и вычитаются из общего результата.
Так как величина ∆р зависит от исполне­ния по гидросхеме и вязкости v масла, на рис. 4.2 показаны потери давления для 34-го и 64-го исполнений по гидросхеме при v = 30...35 мм2/с (сСт). Если распредели­тель применен для управления цилиндром с различными площадями поршня в поршневой и штоковой полостях, причем поток масла Q от распределителя поступает в полость с площа­дью А1, а из полости с площадью А2 через рас­пределитель масло вытесняется в сливную ли­нию, полные потери давления могут опреде­ляться по формуле
Рис. 4.2. Залежно повних втрат тиску ∆р у розподільниках від витрати Q масла:
1 - ПЕ6, схема 34; 2 - В6, схема 64; 3 - В6, схема 34; 1Р6, схема 64; В10, схема 64; Р103В, схема 64; 4 - 1Р6, схема 34; 5 - В10, схема 34; Р103В, схема 34; 6 - 1Р10, схеми 34 64; 7 - В16, схема 64; 8 - В16, схема 34; 9-2Р203, схеми 34 64; 10 - 1Р203, схеми 34 64; 11 - 1Р323, схеми 34 64