КОНТРОЛЬНО-РЕГУЛЮВАЛЬНА АПАРАТУРА

До неї відносяться запобіжні клапани:

а) власне запобіжні;

б) переливні (прямої і непрямої дії).

Сюди ж відносяться редукційні клапани, зворотні клапани, реле тиску, що направляє апаратуру й ін.

Запобіжні клапани

Клапан прямої дії - це клапан, робоче вікно якого або число вікон змінюється безпосередньо від впливу минаючої через нього рідини. Застосовується в якості запобіжного, а іноді в якості переливного. Наприклад, кулькового типу (рисунок 5.1, а) або золотникового типу (рисунок 5.1, б).

а) б) в)

1 - запірний плунжер - елемент - плунжер;

2 - силова пружина;

3 - гвинт регулювальний.

Рисунок 5.1 - Клапани запобіжні:

а) - кулькового типу;

б) - золотникового типу;

в) - умовне зображення.

Недоліки прямих клапанів:

1) виникають резонансні коливання робочого елемента, тому їх не можна використовувати як переливні клапани.

2) пружина на великих тисках повинна бути потужною (великих розмірів).

У верстатобудуванні запобіжні клапани прямого виконання кулькового типу не використовуються, застосовують клапани золотникового типу. Запобіжні клапани працюють епізодично, тільки в аварійних ситуаціях.

Золотникові переливні клапани підтримують постійний тиск у системі. Як запірний елемент застосовується золотник, що має демпфуючі властивості і такий клапан може бути використаний у якості переливного, наприклад, розроблена модель Г54-2 на тиски 3, 6, 10, 20, 32 МПа .

Запобіжний клапан золотникової дії застосовується в якості переливного тому що коливання демпфіруються силами тертя між золотником і корпусом. Вони називаються напірними золотниками.

Приводимо схеми їх виконання (рисунок 5.2):

а) диференціальний клапан, що підтримує постійну різницю тисків р₁ – р₂ = const;

б) клапан, що пропускає рідина при тиску в лінії керування р;

в) клапан, що пропускає рідину при русі тиску в лінії керування А;

г) клапан, що пропускає рідину при досягненні різниці тисків А і Д.

а) б) в) г)

Рисунок 5.2 - Виконання запобіжних клапанів золотникового типу

Клапан непрямої дії - це клапан, робоче вікно якого (або число вікон) змінюється від проходження робочої рідини за допомогою гідропідсилювача.

Конструкція клапана малогабаритна, має гарні властивості, що демпфують, і може застосовуватися в якості переливного.

Промисловістю випускається запобіжний клапан з переливним золотником модель Г52-3 (рисунок 5.3).

Він має два ступеня регулювання: кульковий клапан - 1-а ступінь; золотниковий клапан - 2-а ступінь.

Клапан працює в такий спосіб: рідина підводиться до клапана з тиском . Якщо тиск не перевищує тиск настроювання клапана 2_, то потік рідини через дросель 7 не проходять і порожнини А і Б роз'єднані як показано на рисунку.

1 - плунжер (золотник) грибоподібний ,

2 - кульковий клапан,

3 - пружина несилова,

4 - канал,

5 - канал,

6 - канал,

7 - дросель

Рисунок 5.3 - Принципова схема клапана непрямої дії:

а - клапан;

б - позначення клапана на схемах.

Якщо тиск перевищить тиск настроювання кулькового клапана 2, то останній відкриється і через дросель буде проходити невеликий потік рідини (через втрати тиску < ). У результаті цієї різниці тисків плунжер 1 піднімається нагору і відкриває прохід рідини (основного потоку) з А в Б, тобто у даному апараті робоче вікно, утворене між порожнинами А і Б, відкривається не від впливу робочої рідини, а через різницю тисків – на плунжері 1. Ця різниця виступає як гідропідсилювач, тобто зусилля пружини кулькового клапана доповнюється перепадом тиску (– ) на плунжері (1).

КП – клапан послідовності дії

Рисунок 5.4 - Схема з послідовною роботою гідроциліндрів 1 і 2

Цей клапан використовується переважно як переливний клапан. За допомогою такого апарата легко здійснити розвантаження насоса, відкриваючи прохід рідини через розподільник Р.

Клапан прямої дії іноді використовується як клапан послідовності дії гідроциліндрів (рисунок 5.4).

Умовно допускається зображувати клапан непрямої дії так само, як і клапан прямої дії : а) - без розвантаження насоса; б) - з розвантаженням насоса (рисунок 5.5).

а) б)

Рисунок 5.5 - Клапан послідовної дії

Редукційні клапани

Призначені для зменшення тиску на виході клапана в порівнянні з тиском на вході, і підтримування цього зниженого тиску на постійному рівні (=const).

Випускаються прямої і непрямої дії; зі зливальним клапаном і без нього.

а) б)

Рисунок 5.6 - Редукційні клапани прямої дії:

а) зі зливом,

б) без зливу рідини.

Вихід клапана тиску () обов'язково повинний бути з'єднаний з навантаженням, наприклад з гідродвигуном або закритою камерою. Якщо тиск зростає, те плунжер (рисунок 5.6, б) зміщається вліво, і робоче вікно зменшується, відповідно зменшується витрата рідини. Тиск знижується до колишньої величини.

Редукційний клапан має помилку регулювання МПа, пов'язану зі зміною зусилля пружини. Переміщення плунжера малі, не більш (0,1 - 0,6 мм).

У верстатобудуванні випускаються редукційні клапани непрямої дії (застосовуються переважно).

Редукційний клапан непрямої дії працює в такий спосіб (рисунок 5.7): рідина підводиться до апарату з тиском _; далі вона проходить через робоче вікно на вихід з тиском. Тиск подається на торці плунжера (із площами S₂ і S₁). Крім того, через дросель 3 безупинно проходить частина рідини в надклапанну порожнину з площею S₃, рідина відкриває кульковий клапан 6 і проходить на злив.

Під різницею тисків – зусиллям несилової пружини (Р_пр пружини) і ваги плунжера (G) дотримується умова рівноваги плунжера у вигляді:

,

де - зусилля пружини 2.

1 - плунжер (грибоподібний);

2 - несилова пружина;

3 - дросель (демпфер);

4 - канал;

5 - канал;

6 - кульковий клапан із силовою пружиною.

Рисунок 5.7 - Схема редукційного клапана непрямої дії:

а) - клапан;

б) - умовне зображення .

Якщо, наприклад, тиск зросте на Dр, то порушиться вищенаведена рівновага сил і плунжер 1 зміститься нагору, зменшуючи робоче вікно. Витрата через це вікно зменшиться, а тиск повернеться до колишнього значення.

Необхідний тиск (редуційований) встановлюється за допомогою настроювання кулькового клапана 6, що буде підтримуватися постійним при будь-якому значенні тиску за рахунок зміни площі робочого вікна.

Промисловістю випускаються редукційні клапани моделі Г57–2 (з однобічним проходом рідини) і моделі Г57–6 (із проходом рідини в обидва боки).

Редукційні клапани застосовується в гідросистемах, коли рідина від насоса подається до декількох споживачів працюючих на різних тисках (рисунок 5.8).

1, 2 - гідроциліндри;

3 - гідромотор.

Рисунок 5.8 - Схема гідроприводу з декількома споживачами

Реле тиску і електроконтактні манометри

Призначені для формування електричного сигналу при зміні тиску в системі. Реле тиску набудовується на спрацьовування при підвищенні чи зниженні тиску.

Виконується в двох варіантах:

а) Г62–1 з витоками рідини (рисунок 5.9, а);

б) ПГ62–2 без витоків рідини (рисунок 5.9, б).

Реле тиску випускаються промисловістю на тиск 20 МПа (тип ПГ 62-1) і 6 і (ПГ 62-2).

Електронний манометр одночасно контролює величину тиску і формує електричний сигнал (рисунок 5.10). Як чуттєвий елемент використовується трубка 1 Бурдона. Під дією тиску трубка 1 розпрямляється, повертаючи через сектор 2 зубчасте колесо 6 і стрілку 5. Прапорець 3 впливає на кінцевий вимикач 4, останній формує електричний сигнал.

Випускаються електроконтактні манометри з межами виміру тисків 0,1-10 МПа, 16-160МПа, 0,06-2,4 МПа, клас точності приладів 1,5, діапазон експлуатаційних температур від 0 до + 60⁰ С.

а) б)

а) з витоками рідини: 1 - плунжер; 2 - силова пружина; 3 - коромисло.

б) без витоків рідини: 1 - корпус; 2 - мембрана; 3 - мікровимикач;

4 - пружина силова; 5 - настроювальний гвинт; 6 - балка (поворотна)

Рисунок 5.9 - Конструктивні схеми реле тиску і їхнє зображення на схемі

Випускаються електроконтактні манометри з межами виміру тисків 0,1-10 МПа, 16-160МПа, 0,06-2,4 МПа, клас точності приладів 1,5, діапазон експлуатаційних температур від 0 до + 60⁰ С.

Направляюча гідроапаратура

До неї відносяться: розподільні золотники - золотникового і кранового типу, зворотні клапани, гідрозамки (керовані зворотні клапани).

Розподільні золотники виконуються з дискретною і безупинною дією. Обидва типи мають декілька позицій (рисунок 5.11).

а)б)

1 - трубка Бурдона;

2 - зубцюватий сектор;

3 - прапорець (який можемо встановлювати в будь-яке положення);

4 - мікровимикач;

5 - стрілка;

6 - зубчасте колесо.

Рисунок 5.10 - Схема дії електроконтактного манометра типу ЕКМ:

а) - манометр;

б) – умовне зображення на схемах.

а) б)

Рисунок 5.11 - Умовне зображення трьохпозиційних золотників:

а) - дискретної дії,

б) - безупинної дії.

У розподільних золотниках дискретної дії робочі вікна закриваються чи відкриваються цілком (на весь робочий перетин); у золотниках безупинної дії прохідні перетини змінюються відповідно до програмного керування (пристрої керування на рисунку не показані).

Промисловістю випускаються золотники дискретної дії 3-х типів: Г, У, Р, наприклад: Г73–1; Г74–2.У10; У16; У22 (умовний прохід позначають числом у мм), Р10.2, РХ10; РХ16.

Переміщення золотника в корпусі можливо при наявності радіального зазору між цими деталями, по якому відбуваються виток рідини:

де - діаметр золотника; - діаметральний зазор; (d - радіальний зазор);

D- перепад тисків на ущільнювальному паску;

m_д - коефіцієнт динамічної в'язкості,

- довжина ущільнювальної перемички, що залежить від діаметрального зазору z.

При малих діаметральних зазорах відбувається заклинювання золотника в корпусі через деформацію корпуса і зарощування щілин. Зазор повинний складати 10 - 15 мкм.

На золотники також діють осьові гідродинамічні сили. Для поліпшення роботи золотників на їхніх ущільнювальних перемичках виконуються канавки шириною 0,3 - 0,5 мм.

Схеми керування золотниками показані на рисунку 5.12.

Промисловістю випускаються розподільні золотники однакової конструкції, з однаковим числом позицій, але з різним напрямком потоків у них і з різною середньою позицією (рисунок 5.13).

а) б) в) г)

Рисунок 5.12 - Керування золотниками:

а - механічне,

б - гідравлічне,

в - електромагнітне,

г - електрогідравлічне.

Рисунок 5.13 - Середні позиції розподільних золотників

Співвідношення, що рекомендується, між умовним проходом (dy) і витратою Q приведено в таблиці 5.1

Таблиця 5.1 - Основні параметри розподільників

Розподільний золотник двопозиційний з гідравлічним керуванням

На рисунку 5.12, а приведена напівконструктивна схема, а на рисунку 5.12, б схематична схема, зображувана на кресленнях; Н - насос, З - злив, ПРО₁ і ОБ₂ - відводи.

Промисловістю випускаються розподільні золотники моделі Г72-32, Г72-33, Г72-34, Г72-35 з умовними проходами відповідно 10, 16, 20 і 32 мм.

Розподільний золотник має пристрій керування кранового типу (кран-пілот) моделі БГ71-31. Пристрій керування переключає потоки під торці розподільного золотника і включається в роботу чи вручну від механічних упорів, що закріплюються на верстаті.

Розподільний золотник з електрогідравлічним приводом

Розподільний золотник з електрогідравлічним приводом моделі ПГ73-2 (рисунок 5.15) являє собою комбінацію керуючого розподільника (пілота) 1 і керованого їм основного розподільника 2. Випускаються на витрати 80-160 л/хв.

а)

б)

Рисунок 5.14 - Схема розподільного золотника з гідравлічним пристроєм керування

У транспортних машинах застосовуються розподільники багатосекційні типу Р, наприклад, на тракторах (рисунок 5.16).

а) б)

Рисунок 5.15 - Схема трьохпозиційного, чотирьохходового розподільного золотника:

а) функціональна схема,

б) принципова схема.

Малюнок 5.16 - Схема багатосекційного розподільника моделі Р75

До розподільних золотників з безупинним керуванням відносяться дроселюючі гідропідсилювачі моделі Г61-4 і інші (рисунок 5.17), а також стежачі золотники, підсилювачі потужності і підсилювачі моменту, що крутить. Вони застосовуються в гідрокопіювальних пристроях верстатів і гідромашин, у верстатах із програмним керуванням і в промислових роботах.

Промисловість випускає золотники моделі, що стежать, Г61-41 на витрати в середнім положенні QСР 5-10 л/хв.

1 - золотник;

2 - корпус (У4);

3 - (5) гільза з кришкою;

4 - пружина золотник 4-х крайковий;

а, б, в, г - крайки.

Рисунок 5.17 - Схема розподільного золотника дроселюючого гідропідсилювача

Розподільні золотники випускаються з нульовим, позитивним і негативним перекриттям робочих вікон.

а) б)

Рисунок 5.18 - а) перекриття робочих вікон,

б) витрата рідини у функції переміщення золотника

Якщо А >З (рисунок 5.18, а), то маємо позитивне перекриття, якщо А < З, те – негативне, при А=З – нульове перекриття.

При А = З (при середнім положенні золотника) мається непродуктивна витрата приблизно 2 л/хв.

При А > З (при середнім положенні) витрата відсутня, але мається нечутливість переміщень золотника (Dх) (рисунок 5.18, б).

Співвідношення А < З переважніше, тому що технологічно просто виготовити золотникову пару.

Цей варіант прийнятий у моделях золотників Г61-41А, Г61-41Б и Г61- 41В, виконаних на номінальну витрату Q_ном = 16 л/хв і тиск = 6,3 МПа. Діаметральний зазор у золотниковій парі z = 15 ¸ 20 мкм.

При витіканні рідини через робоче вікно виникає реактивна сила R_ос рідини:

,

,

де v - швидкість рідини у вікні;

- щільність рідини .

.

Рисунок 5.19 - Витікання рідини через робоче вікно в розподільнику,

А -активна сила струменя рідини.

Підсилювач потужності має вхідний вплив електричний.

Промисловістю випускаються підсилювачі потужності моделей: Г68–1, УГЭ8–12/6, УЭ–851. Основні технічні дані їх приведені в таблиці 5.2.

Таблиця 5.2 - Технічні дані підсилювачів потужності

Г-68	УГЭ8-12/6	УЭ-851
Q = 6 – 32 л/хв	40 л/хв	5 – 32 л/хв
= 2,5 і 6,3 МПа	16 МПа	20 МПа
Qср = 2 л/хв	5 л/хв	3 л/хв

Розглянемо конструктивне виконання підсилювачів потужності моделі Г68-1 (рисунок 5.20).

Рідина від насоса підводиться в отвір П і потім вона в залежності напрямку переміщення золотника 3 надходить в отвір ПРО₁ чи в отвір ПРО₂.

Переміщення золотника здійснюється в такий спосіб: із пристрою числового програмного керування (ПЧПК) сигнал надходить в обмотку 1 дросельного пристрою, у результаті чого голка 2 переміщається вниз чи нагору, при цьому змінюється тиск (_упр), тому що прохідний перетин дросельного вікна міняється і золотник переміщається вниз (під дією _упр ) чи нагору ( під дією пружини (6)).

На нижньому кінці золотника 3 закріплене сегнерово колесо 4, що призначено для обертання золотника з метою підвищення чутливості його дії.

Клапани зворотні

Призначені для пропуску потоку робочої рідини в одному напрямку; клапани зворотні іноді використовуються (при сильній пружині) як клапани підпірні.

У промисловості випускаються клапани моделі Г51–3 і клапани за ДСТ 21464–76.

Розглянемо конструктивну схему клапана Г51–3 (рисунок 5.21).

1 – обмотка,

2 – голка,

3 – золотник,

4 – сегнерове колесо,

5 - упорний підшипник,

ПУ - підвід керування,

СУ - злив керування,

ПТ - підвід до турбіни,

СТ - злив з турбіни.

Рисунок 5.20 - Схема дроселюючого розподільника моделі Г68-1

а) б)

1 - корпус з високоміцного чавуна;

2 - кришка;

3 - пружина;

4 - плунжер (іноді кулька);

П - підвід,

О - відвід.

Рисунок 5.21 - Конструктивна і принципова схеми клапана зворотного моделі Г51-3

Керований зворотний клапан (ОК) чи гідрозамок (рисунок 5.22).

1 - корпус,

2 - керований плунжер,

3 - основний плунжер,

4 - пружина

Рисунок 5.22 - Керований зворотний клапан

Клапан призначений для пропуску робочої рідини в обох напрямках з відводу П в відвід О (при тиску в порожнині керування _в = 0) і з відводу О в відвід П при (_у > 0).

Застосовується для утримання якого-небудь вантажу довгочасно в піднятому стані.

Контрольні питання

1. Які види гідроапаратури являються контрольно-регулюючими?

2. Які виконання напірного золотника випускаються промисловістю?

3. Які відмінності між запобіжними клапанами прямої і непрямої дії?

4. Які відмінності між редукційними клапанами прямої і непрямої дії?

5. Як здійснюється розвантаження насосу за допомогою запобіжного клапану?

6. Яке призначення має дроселюючий гідророзподільник?

7. Які відмінності між реле тиску і електроконтактним манометром?

8. Яке призначення має гідравлічний підсилювач потужності?

РОЗДІЛ 6

ПОБУДОВА СХЕМ ПНЕВМО- І ГІДРОАВТОМАТИКИ ЗА ДОПОМОГОЮ ЛОГІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Промисловістю випускаються дві системи логічних елементів:

УСЕППА - універсальна система елементів промислової пневмоавтоматики (виконана на елементах з мембранними робочими органами, що переключаються).

“Волга” - струминна пневмоавтоматика без робочих елементів (спрацьовування елементів ґрунтується на переключенні струменем струменя).

Деякі логічні елементи і преобразуючі системи

Логічний елемент «Да» реалізує логічну операцію повторення. На рисунку 6.1, а показаний підпружинений золотник, на рисунку 6.1,б - зображення елемента “Да” на схемах. Якщо керуючий сигнал А = 1, то вихідний сигнал S = 1, якщо А = 0, то S = 0.

 

 

а) б)

 

Рисунок 6.1 - Схема логічного елемента “Да”:

а)- конструктивне зображення,

б) - зображення на принципових схемах

 

Логічна операція заперечення реалізується за допомогою елемента “Не”

Схема логічного елемента “Не” показана на рисунку 6.2.

а) б)

Рисунок 6.2 - Схема логічного елемента “Не”:

а)-конструктивна схема;

б)-зображення на схемах.

 

Якщо А = 0, то S = 1, якщо А = 1, то S = 0.

Логічна операція множення (коньюкція) реалізується за допомогою елемента “И” (рисунок 6.3).

 

 

а) б) в)

Рисунок 6.3 - Схема логічного елемента “И”:

а), б) – конструктивні схеми;

в) - зображення на схемах

 

 

Таблиця 6.1 - Таблиця істинності

 

A	B	S

Логічна операція додавання (дизьюнкция) реалізується за допомогою логічного елемента “Или” (рисунок 6.4)

 

 

а) б) в)

 

Рисунок 6.4 - Схеми логічного елемента “Или”:

а), б) – конструктивне зображення;

в) – зображення на схемах.

 

 

Таблиця 6.2 - Таблиця істинності елемента “Или”

 

A	B	S

Логічний елемент “Пам'ять” чи функція пам'яті приведена на рисунку 6.5. Він зберігає значення вихідного сигналу при знятті вхідного сигналу А.

Якщо вхідний сигнал А = 1, то вихідний S = 1, тепер, якщо зняти вхідний сигнал, тобто А = 0, то кулька зміститися вліво, а вихідний сигнал залишиться колишнім тобто S = 1.

вибірка

роздільник

 

а) б)

 

Рисунок 6.5 - Схеми логічного елемента “Пам'ять”:

а - золотникового типу;

б – струминного типу.

 

Тепер розглянемо струминний елемент пам'яті (рисунок 6.5, б), що працює на ефекті Коанда — запам'ятовування сигналу.

Якщо керуючий сигнал А = 1, а керуючий сигнал В = 0, то основний потік Р переключається вправо, як показано на рисунку. При цьому в каналі В утвориться область розрядження (відтік рідини з нього є, а надходження рідини немає); в області розрідження тиск менше атмосферного. Тому, якщо А = 0 (відключено від насоса), то струмінь під різницею тисків залишиться в колишнім положенні.

Розглянемо роботу струминних елементів типу СТ–41 і типу СТ–42 — тригер (рисунок 6.6).

Струминний елемент СТ-41 реалізує логічну функцію ”ИЛИ-НЕ-ИЛИ”.

 

Рисунок 6.6 - Схема логічного елементу СТ-41

 

Таблиця 6.3 - Таблиця істинності елементу СТ-41

 

Х1	Х2	У1	У1

Тригер СТ-42 у відмінності від цього елемента має три настановних стани (рисунок 6.7 ). Третій стан має місце при Х₁ = 0, Х₂ = 0, одержуємо S₁ = 1.

Рисунок 6.7 - Схема тригера СТ-42

 

1. Перетворення де Моргана: = чи А + У = чи

2. Закон повторення: А + А = А; А × А = А;

3. Закон рівносильних перетворень: А × 1 = А; А × 0 = 0; А + 0 = А;

4. Закон поглинання: А(А + У) = А: А + А × У = А;

5. Закон склеювання: А × У += А; (А + У)(А+) = А.

Логічних функцій і законів більше, ніж ми розглянули.

 

Технічна характеристика струминних елементів

 

1. Діапазон тисків питання 2,5 – 10 кПа.

2. Споживча витрата при тиску 3,5-4 кПа складає – 7,5× 10-3 м³/с.

3. Час спрацьовування при номінальному тиску 2 мс.