2.Гидродроссели и дросселирующие дроссели. Постоянные дроссели. Ламинарные и турбулентные гидрораспределители. Дроссельные регуляторы

Назначение дросселей – устанавливать желаемую связь между пропускаемым расходом и перепадом давления до и после дрос­селя.

По характеру рабочего процесса дроссели являются гидравлическими сопротивлениями с заданными характеристиками. В гидравлических приводах дроссели применяется для регулирования расхода и тем самым управления скоростью движения выход­ных звеньев гидродвигателей.

При этом от них требуется выпол­нение двух основных функций: возможность получения требуемой характеристики, т.е. зависимости р = f(Q); сохранение этой характеристики в процессе эксплуатации, а именно малой ее зависимости от изменения температуры (вязкости) жидкости, неподверженность засорениям, облитерации.    

По характеру зависимости между расходом и перепадом дав­ления на дросселе они могут быть линейными или квадратичными.    

По конструкции дроссели могут быть регулируемые и нере­гулируемые.

Нерегулируемые дроссели, выполненные в виде капиллярных ка­налов, используются в гидравлических аппаратах в качестве все­возможных демпферов, сглаживающих резкое изменение давления в системе.    Регулируемые дроссели чаше всего применяют в гидравлических приводах для управления скоростью движения выходных звеньев гидродвигателей. В таких дросселях регулирование рас­хода осуществляется изменением площади проходного сечения щели дросселя. В ламинарных дросселях установившиеся линии токов воздуха не пересекаются друг с другом, скорость потока невелика (Re<2300), температура практически постоянна. Гидравлическое сопротивление создается за счет сил вязкого трения слоев воздуха друг с другом и со стенкой канала. Подобные ламинарные режимы наблюдаются в дросселях типа капилляр (рис.1.2, а) с большим отношением длины к диаметру (обычно L/d>10).

Для турбулентных дросселей характерны интенсивное хаотическое перемешивание линий токов воздуха, большие значения скоростей и критерия Re, малые отношения L/d и адиабатическое изменение состояния воздуха. Гидравлическое сопротивление создается за счет вихреобразований, особенно сильных при сужении и расширении струи воздуха. В турбулентных дросселях, например типа жиклер (рис.1.2, б), могут наблюдаться докритические (скорость потока меньше скорости звука) и надкритические (скорости потока и звука равны) режимы.

Дроссели, в которых возможен и ламинарный, и турбулентный режим, называют смешанными.

Рис. 1.2. Принципиальные схемы дросселей: а - капилляр; б - жиклер; в -конус-цилиндр; г - конус—конус; д - цилиндр—цилиндр; е - сопло-заслонка; ж - шарик-цилиндр.

В постоянных дросселях площадь проходного сечения не меняется; примерами таких дросселей служат упоминавшиеся капилляр и жиклер (рис.1.2 a, б).

К регулируемым дросселям относят конус-цилиндр, конус-конус, и цилиндр-цилиндр (рис.1.2, в-д).

Переменные дроссели типа сопло-заслонка и шарик-цилиндр показаны на рис.1.2, е, ж.

3.Струйный гидрораспределитель. Гидроклапаны. Типы клапанов: переливной, предохранительный, редукционный. Течения в них. Расчет гидроклапанов.

Струйный распределитель — это вид гидравлического распределителя (или пневматического распределителя), в котором управление осуществляется от подачи струи жидкости.

В струйных распределителях нет подвижных частей, благодаря чему их можно изготавливать из таких материалов, которые позволяют использовать их в тяжёлых условиях:

• в широком диапазоне температур (от −196 С до 980 С);

• при высоком уровне радиоактивного излучения;

• при работе с агрессивными жидкостями.

По сравнению с распределителями механического типа, струйные усилители обладают высоким быстродействием. Частота переключений газовых струйных распределителей достигает нескольких кГц. Распределители, работающие на маловязких жидкостях, имеют быстродействие на порядок меньше, чем газовые, однако и их быстродействие удовлетворяет практику.

Гидроклапан (гидравлический клапан) — это гидроаппарат, предназначенный для регулирования параметров потока жидкости путём изменения проходного сечения гидроаппарата за счёт изменения положения запорно-регулирующего элемента под воздействием потока жидкости (непосредственно или опосредовано).

Различают гидроклапаны регулирующие и направляющие. Первые из них осуществляют регулирование давления в потоке жидкости, а вторые — пропускают или останавливают поток жидкости при достижении параметрами потока (давления, разности давлений и т. д.) заданых настройками клапана значений.

К регулирующим гидроклапанам относятся: предохранительный клапан, который поддерживает давление не выше определённого уровня на входе в гидроклапан; в нормальном положении запорно-регулирующий элемент гидроклапана закрыт, и открывается, только тогда, когда давление на входе в гидроклапан достигнет предельно-допустимого значения (давление срабатывания); переливной клапан поддерживает давление на входе в клапан на заданном уровне; в нормальном положении переливной гидроклапан открыт и через него осуществляется постоянный слив части потока рабочей жидкости; редукционный клапан поддерживает постоянным давление на выходе из клапана; клапан разности давлений; клапан соотношения давлений.

4.Объемное регулирование скорости выходного звена гидропривода. Дроссельное регулирование скорости выходного звена гидропривода при последовательном и параллельном включении дросселя.

Дроссельное регулирование гидропривода при последовательном включении дросселя. Последовательное включение дросселя может быть осуществлено тремя способами: дроссель включают на входе в гидродвигатель, на выходе из него и на входе и выходе одновременно (рис. 4.7).

В приведенных схемах: насос 1 - нерегулируемый; гидроцилиндр 2 - с двусторонним штоком; распределитель 3 на схемах а и б - двухпозиционный, на схеме в - трехпозиционный; клапан 4 в данном примере является переливным; дроссель 5 (дросселирующий распределитель на рис. 4.7, в) служит для регулирования скорости перемещения поршня.

При полном открытии дросселя скорость поршня максимальна. При уменьшении открытия давление перед дросселем повышается, клапан 4 приоткрывается и пропускает часть подачи насоса на слив. Скорость поршня при этом снижается. При полном закрытии дросселя вся подача насоса идет через клапан и скорость рабочего органа равна нулю. При постоянном открытии дросселя и увеличении преодолеваемой нагрузки, т.е. силы F, давление насоса возрастает, расход через клапан увеличивается, а скорость поршня уменьшается.

скорость поршня выражается следующей зависимостью:

.Скорость поршня не зависит от расположения дросселя относительно гидродвигателя (на входе в него или на выходе).

Нагрузочная характеристика гидропривода V_п=f(F) при одновременном дросселировании на входе и выходе такая же, как при одном дросселе на входе или выходе (на рис. 4.8)

КПД гидропривода при последовательном включении дросселя

Полный КПД регулируемого гидропривода равен произведению КПД насоса, КПД процесса управления и КПД гидродвигателя.

.

Дроссельное регулирование гидропривода при параллельном включении дросселя

На рис. 4.9 представлена схема объемного гидропривода при включении регулирующего дросселя параллельно гидродвигателю. В точке М поток рабочей жидкости, забираемой из бака 6 насосом 1, разветвляется: одна его часть через распределитель 3 направляется в гидроцилиндр 2, а другая - в регулирующий дроссель 5. Клапан 4 в данном случае является предохранительным. Он открывается лишь в случае чрезмерного повышения давления в системе.

При полном закрытии дросселя скорость наибольшая, а при полном его открытии - уменьшается до нуля или до минимального значения в зависимости от нагрузки F.

Расход жидкости через дроссель и скорость поршня определяют на основании следующих зависимостей:

На рис. 4.10 показаны нагрузочные характеристики гидропривода при его регулировании параллельно включенным дросселем.

КПД гидропривода при параллельном включении дросселя определяют по той же формуле, что и для последовательного включения

,

а КПД процесса управления

.

При отсутствии потерь давления в распределителе и гидролиниях p_г=p_н КПД процесса управления равен

Таким образом, в рассмотренном случае КПД процесса управления однозначно определяется относительным расходом жидкости через дроссель, т.е. степенью его открытия.

5.Сравнение способов регулирования гидроприводов

Сравнение различных способов регулирования целесообразно провести по трем показателям: по нагрузочным характеристикам, КПД и стоимости применяемых машин и аппаратуры.

Нагрузочная характеристика гидропривода характеризует степень стабильности скорости выходного звена при изменяющейся нагрузке. Обычно требуется возможно большая стабильность. Наибольшей стабильностью обладает гидропривод с объемным регулированием (1). Значительно хуже в этом отношении дроссельное регулирование с последовательным включением дросселя(2) и еще хуже дроссельное регулирование с параллельным включением дросселя(3). Наиболее высокий КПД гидропривода получается при объемном регулировании, ниже – при дроссельном с параллельным включением дросселя и еще ниже при дроссельном с последовательным включением дросселя. Следовательно, по двум важнейшим показателям – нагрузочным характеристикам и КПД – лучшие качества имеет гидропривод с объемным регулированием. Однако при выборе способа регулирования гидропривода необходимо учитывать еще экономические показатели. Регулируемые гидромашины – насосы и гидромоторы – более дорогостоящие, чем нерегулируемые. Поэтому используя регулируемый гидропривод идут на значительные капитальные затраты, но зато благодаря более высокому КПД получают экономию в эксплуатационных расходах, то есть в стоимости энергозатрат. Ввиду этого, объемное регулирование гидропривода обычно применяют, когда существенными являются энергетические показатели, например, для гидроприводов большой мощности и с длительными режимами их работы. Гидроприводы с дроссельным регулированием и дешевыми, например, шестеренными насосами используют обычно в маломощных системах, а также, когда режимы работы гидропривода кратковременные.

6.Дроссельный способ регулирования огп с установкой дросселя на входе в гидродвигатель, на выходе из гидродвигателя и параллельно гидродвигателю

Дроссельный способ регулирования скорости гидропривода с нерегулируемым насосом основан на том, что часть жидкости, подаваемой насосом, отводится в сливную гидролинию и не совершает полезной работы. Простейшим регулятором скорости является регулируемый дроссель, который устанавливается в системе либо последовательно с гидродвигателем, либо в гидролинии управления параллельно гидродвигателю. При параллельном включении дросселя (рис.9.2, а) рабочая жидкость, подаваемая насосом, разделяется на два потока, один поток проходит через гидродвигатель, другой - через регулируемый дроссель.

Рис.9.2. Схемы гидроприводов с дроссельным управлением скоростью: а - с параллельным включением дросселя; б - с дросселем на входе гидродвигателя; в - с дросселем на выходе гидродвигателя; г - с четырехлинейным дросселирующим распределителем

Последовательное включение дросселя осуществляется на входе в гидродвигатель, на выходе гидродвигателя, на входе и выходе гидродвигателя. При этом во всех трех случаях система регулирования скорости строится на принципе поддержания постоянного значения давления P_H на выходе нерегулируемого насоса за счет слива части рабочей жидкости через переливной клапан. Поэтому система дроссельного регулирования с последовательным включением дросселей получила название система с постоянным давлением. Гидропривод с дросселем на входе (рис.9.2, б) допускает регулирование скорости только при отрицательной нагрузке. При положительной нагрузке, направленной по движению поршня, может произойти разрыв сплошности потока рабочей жидкости, особенно при зарытом дросселе, когда поршень продолжает движение под действием сил инерции.

Гидропривод с дросселем на выходе (рис.9.2, в) допускает регулирование скорости гидродвигателя при знакопеременной нагрузке,

При установке дросселя на выходе в случаях больших положительных нагрузок давление перед дросселем может превысить допустимый уровень. Поэтому для предохранения системы параллельно дросселю включают предохранительный клапан. Недостатком дроссельного регулирования является то, что при регулировании часть энергии тратится на преодоление сопротивления в дросселе и предохранительном клапане, вследствие чего повышается температура жидкости, а это отрицательно сказывается на работе гидросистемы. При дроссельном регулировании снижается КПД гидропривода, и отсутствует постоянство скорости движения выходного звена гидродвигателя при переменной нагрузке.