Министерство образования и науки РФ
Образовательное учреждение высшего профессионального образования
Воронежская государственная лесотехническая академия
Кафедра “Гидравлики, теплотехники и электротехники”
Контрольная работа по дисциплине
“Гидравлика”
Выполнил: студент 643 гр. ФЗО
Солодовников И.О.
Проверил:_____________________
_____________________
_____________________
Воронеж 2011
Содержание
1. Размещение рабочих фильтров…………………………………….
2. Гидрораспределители. Назначениею Основные виды. ………..
3. Список использованной литературы……………………………….
1.Размещение рабочих фильтров
При выборе места для установки фильтра всего расхода руководствуются следующими соображениями. Для предохранения насоса (Н), который наиболее чувствителен к загрязнениям жидкости, фильтр желательно устанавливать на всасывающей линии насоса (рис.1, а). Опыт показывает, что при установке фильтров в линии всасывания повышается срок службы насосов.
Однако фильтр увеличивает сопротивление всасывающей линии и тем самым ухудшает условия заполнения насоса жидкостью. Фильтры, устанавливаемые на линии нагнетания, могут быть рассчитаны на более высокое сопротивление, однако корпус фильтра в этом случае будет находиться под рабочим давлением.
Учитывая, что основным источником внутреннего загрязнения является насос, целесообразно (рис. 1, б) устанавливать фильтр после насоса (на линии нагнетания).
Фильтр, установленный на сливной линии (рис. 1, в), хотя непосредственно и не предохраняет агрегаты от загрязняющих частиц, однако не препятствует всасыванию и не находится под рабочим давлением.
Фильтр часто устанавливают на сливной линии по схеме, представленной на рис. 1, г. По этой схеме через фильтр можно пропускать часть сливаемой жидкости, что позволяет применить фильтры тонкой очистки. Количество жидкости, пропускаемой через фильтр, регулируется подпорным клапаном а. Конструкция фильтра должна быть такой, чтобы при замене фильтрующего элемента не требовалось демонтировать фильтр и сливать жидкость из гидросистемы; для этой цели фильтры снабжают автоматическими блокирующими устройствами, запирающими жидкость в системе при замене фильтрующих элементов.
Рисунок 1- Схемы установки фильтров.
2. Гидрораспределители. Назначение. Основные виды.
Распределитель (распределительное устройство) предназначен
для управления потоком рабочей жидкости между участками и
агрегатами гидросистемы. С помощью распределителей
обеспечивается направление рабочей жидкости к соответствующему
исполнительному гидромеханизму, а также осуществляется реверс
механизмов.
По конструктивному исполнению распределители жидкости
разделяют в основном на золотниковые, крановые и клапанные.
ЗОЛОТНИКОВЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ
Рабочим органом распределителей этого типа является
перемещающийся в осевом направлении во втулке (гильзе)
цилиндрический плунжер, на котором выполнено несколько кольцевых
проточек. В золотниковых распределителях более сложной
конструкции, помимо осевых, использованы также и поворотные
движения плунжера вокруг оси, что повышает их позиционность.
Подвод и отвод жидкости производится через окна питания
во втулке и соответствующие проточки плунжера.
По количеству подключенных внешних линий (каналов питания),
по которым рабочая жидкость подводится к распределителю и
отводится от него, различают распределители четырехлинейные
(четырехходовые), трехлинейные и двух линейные.
На рис. 2 показаны схемы четырехходовых золотниковых
распределителей, предназначенных для управления двусторонним
движением гидродвигателя, осуществляемого путем подачи
поступающей от насоса жидкости под давлением в одну из двух
полостей (рабочую) гидродвигателя при одновременном отводе ее
из противоположной (нерабочей) полости в резервуар.
Жидкость от насоса подводится к каналу 4 (рис. 2, а), из
которого в зависимости от положения плунжера 2 поступает в ту
или иную (рис. 2, б) полости гидравлического двигателя 1,
одновременно с этим вторая (нерабочая) полость гидродвигателя
соединяется с каналом 3, ведущим в резервуар.
Основным преимуществом золотниковых распределителей
является то, что их плунжеры уравновешены от осевых статических
сил давления жидкости, поскольку рабочее давление жидкости
действует на пояски плунжера в противоположных направлениях.
Рисунок 2- Принципиальные схемы золотниковых распределителей.
В таких золотниках легко осуществляется многопозиционность и, кроме того, они обладают при соответствующем выполнении относительно небольшим трением
. Для уравновешивания плунжера от сил давления рсл жидкости, могущего быть в сливной линии (в каналах 3 и 5), плунжер золотника, показанного на рис. 2, в
снабжен с левой стороны ложным хвостовиком. При отсутствии такового (рис. 3,а) давление Pсг в сливной линии, с которой соединены каналы 3 и 5, будет действовать на неуравновешенную площадь плунжера (где D и d — диаметры плунжера и его хвостовика), стремясь
сместить его вправо. Это неуравновешенное усилие
давления жидкости равно:
Рисунок 3 – Схемы четырехходового золотника.
С этой же целью плунжер золотника, показанного на рис.3,
а
, снабжен дополнительными поясками. Полости cud этого
золотника должны быть соединены непосредственно (минуя сливную
линию) с баком или атмосферой. При дистанционном управлении
в эти полости подается командное давление,
Уравновешивание плунжера золотника от сливного давления
может быть достигнуто также путем применения трехпояскового
золотника, выполненного по схеме, представленной на рис. 3, б
.
Преимуществом таких золотников применительно к следящим
системам является то, что в них имеется всегда лишь
один контролируемый в производстве осевой размер, который
определяет характеристики следящих систем.
Применяют также трехходовые и реже — двухходовые
золотники, причем последние являются по существу перекрывными
Рисунок 4 – Схемы трехходовых золотников
кранами (вентилями). Трехходовые золотники (рис. 4, а)
применяют в основном в том случае, когда окно питания
гидродвигателя необходимо последовательно соединить с источником
давления (с насосом) или с резервуаром, т. е. в гидродвигателях
одностороннего действия. Однако в некоторых случаях их применяют
также и в двусторонних гидродвигателях.
Подобная схема с трехходовым золотником, допускающим изменение направления движения гидродвигателя, показана на рис. 4, б
. В этой схеме применен силовой цилиндр двойного действия, в котором эффективная площадь поршня со стороны штока вдвое меньше площади поршня с противоположной стороны .
В положении плунжера, показанном на рис.4, б
, жидкость поступает от источника питания одновременно как в левую, так и в правую полости цилиндра, в результате поршень будет перемещаться
вправо. Скорость V движения поршня и развиваемое им усилие Р
определяется в зависимости от расхода жидкости источника
питания Q по выражениям:
При соединении левой полости цилиндра со сливом и правой
с источником питания поршень будет перемещаться влево со
скоростью
По числу фиксируемых положений плунжера различают
двухпозиционные и трехпозиционные золотники. Если плунжер золотника не задерживается в среднем положении, такой золотникназывают двухпозиционным; если задерживается с помощью каких-либо устройств - трехпозиционным.
Рисунок 5 – Схемы перекрытий золотников.
По величине перекрытий поясками плунжера в среднем его положении расходных окон втулки (корпуса) различают распределители с положительным (рис. 5, а) и отрицательным (рис. 5, б) перекрытием. Реже применяются золотники с нулевым
перекрытием (рис. 5, в).
В золотниках первого типа (рис. 5, а) ширина h рабочего
пояска плунжера превышает ширину t проходного окна корпуса
золотника для протока жидкости, поэтому поясок плунжера
при симметричном его положении по отношению к этим окнам
h — t перекрывает соответствующее окно на длине .
В золотниках второго типа (рис. 5, б) ширина h рабочего
пояска меньше ширины t проходного окна, в результате чего при
среднем положении плунжера золотника по обеим сторонам его
пояска образуется начальный зазор, равный . Посколь-
ку при условии h < t величина перекрытия с, вычисленная по
выражению , будет иметь отрицательное значение,
подобное перекрытие окон уплотняющими поясками золотника условно называют «отрицательным перекрытием» .
Золотники третьего типа с нулевым перекрытием^ (t = h)
применяются в тех случаях, когда требуется, чтобы при любом
малом смещении плунжера из среднего положения образовывалась
расходная щель. К подобным случаям относятся гидравлические
следящие системы .
В зависимости от конструкции золотника рабочие полости
гидродвигателя в среднем положении плунжера либо фиксируются,
либо соединяются с резервуаром. На рис. 6 показаны возможные
соединения каналов питания при среднем положении плунжера.
В схеме с положительным перекрытием, представленной на рис.
6, а, перекрыты все каналы золотника; в схеме, представленной на рис. 6, б, блокирован лишь канал питания, каналы же, соединенные с полостями гидродвигателя, соединены с баком; в схеме с отрицательным перекрытием, представленной на рис. 6, в, все каналы соединены с баком.
Гидравлические характеристики золотника определяются его сопротивлением, которое для золотников с острыми отсечными кромками принято выражать коэффициентом i расхода. В этом случае расход жидкости Q и сопротивление Ар в расходной щели золотника можно определить, применяя соотношения для истечения жидкости из отверстия в тонкой стенке :
Рисунок 6 – Схемы канализации золотников.
Коэффициент расхода для ламинарного потока является
функцией числа Рейнольдса, однако для турбулентного потока,
который в золотниках является преобладающим, этот
коэффициент при Re =-—— > 260, где V — скорость жидкости, можно
принимать без учета влияния сопротивления подводящих каналов
постоянным.
Для минеральных масел и щелей с острыми кромками можно в практических расчетах принимать для последних условий х = 0,60 ч- 0,62. Для закругленных кромок или кромок с фасками i = 0,75 -г- 0,8.
При числах Re < 200—260, соответствующих малым
смещениям золотника (открытиям окон), коэффициент i может быть
приближенно принят в среднем равным jut = 0,5. Размеры
золотника определяются в основном расходом и
допустимой скоростью жидкости в его каналах, которая, в свою
очередь, зависит от назначения золотника и рабочего давления
в системе.
Скорость течения жидкости в каналах корпуса золотника
и в проточках плунжера обычно выбирают, в целях
уменьшения габаритов, в 2—2,5 раза выше скорости жидкости
в подводящих трубах, однако потеря напора в золотнике не
должна превышать примерно 2% рабочего давления.
Практически скорость жидкости выбирают равной 6—10 м'сек и реже до 15 м/сек.
При расчете сечений каналов исходят также из условия, чтобы
площадь сечения потока жидкости в любом месте канала была
не меньше ~ 40— 50% площади сечения подводящей трубы.
В ряде рекомендаций принято, что отношение квадрата
проходного сечения каналов распределителя к квадрату сечения
трубопровода равно -р- = 0,1.
Подвод жидкости в камеры золотника и отвод из них обычно
про
(в гильзе), занимающие 360°, соединенные с трубопроводами
(см. рис. 6, а). Благодаря подобному выполнению каналов
питания по всей окружности контакта плунжера с гильзой
достигают максимального значения размера как проходное окно по
окружности , так и его площадь S = ndh, где d и h — диаметр плунжера и ширина окна вдоль оси.
Кроме того, золотники в подобном исполнении отличаются
простотой, а также тем, что подобные кольцевые щели обладают
свойством самоочищения от частичек загрязнителя, которые при
открытии щели уносятся потоком жидкости.
Диаметр d, шейки плунжера золотника (см. рис. 6, а) должен
быть таким, чтобы было обеспечено требуемое проходное сечение
между шейкой и втулкой золотника и
одновременно с этим была сохранена требуемая поперечная жесткость плунжера; обычно соблюдается условие
Для обеспечения герметичности минимальный диаметральный
зазор в золотниках обычно выбирается равным 0,004—0,01 мм.
При более жестких требованиях к герметичности диаметральный
зазор для диаметров золотника до 25 мм и давления р = 150 -
200 кГ/см2 составляет 0,004—0,007 мм.
Ниже приведены рекомендуемые по зарубежным источникам
зазоры между гильзой и плунжером для общего машиностроения:
необходимо учитывать температурное расширение материалов, из которых изготовлены детали плунжерной пары, с тем чтобы было устранено защемление плунжера при изменениях температуры. В тех случаях, когда золотник и корпус распределителя изготовлены из материалов с различными коэффициентами теплового расширения, изменение зазора может быть вычислено по выражению ^
Величину диаметра и длину плунжера золотника, а также
величину его хода выбирают с учетом обеспечения требуемого
расхода жидкости при допустимом сопротивлении потоку жидкости.
При выборе диаметра плунжера исходят также из необходимости уменьшения трения. Так как трение плунжера золотника зависит от его диаметра, величину последнего выбирают минимальной.
Материал для изготовления плунжеров и втулок должен быть
твердым и скорее хрупким, чем пластичным. При повышении
твердости деталей плунжерной пары уменьшается вероятность
заклинивания при попадании в зазоры твердых частиц, которые в этом
случае обычно разрушаются твердыми рабочими поверхностями.
При хрупком материале попавшие в зазор твердые частицы
загрязнителя лишь процарапывают со снятием стружки
поверхности деталей, не оставляя на них вспучин, могущих вызвать
заклинивание плунжера, тогда как при пластичном материале
твердые частицы загрязнителя процарапывают поверхности,
вспучивая их.
Для уменьшения возможности заклинивания плунжеров
проточки на плунжере и окна гильзы выполняют с острыми
кромками, что способствует перерезанию загрязняющих жидкость
неметаллических частиц.
Для повышения износостойкости плунжерных пар применяют
хромирование рабочих поверхностей плунжеров, что повышает
срок их службы в 1,5—2 раза; толщина хромового покрытия 18 —
25 мкм.
ДВУХСТУПЕНЧАТЫЕ ЗОЛОТНИКОВЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ
В случае необходимости снижения командного усилия, требующегося для перемещения золотника и одновременно обеспечения необходимого расхода жидкости, применяют двухступенчатые распределительные золотники, которые получили название золотников с серводействием и дисервозолотников.
Рисунок 7 – Схемы двухступенчатых золотников с серводействием.
Схема одного из подобных золотников показана на рис. 7, а.
Основной распределительный золотник1,питающийисполнитель ный гидродвигатель, управляется с помощью вспомогательного золотника (датчика) 2 малого сечения, диаметр которого зачастую доводится до 2— 2,5 мм. В случае необходимости в установке основного золотника в среднее положение применяют схему, представленную на рис. 7, б.
Золотники с электроприводом
. Для привода золотников, и в
частности вспомогательного золотника двухступенчатого
распределителя, часто применяют электромагнит и электрические двигатели.
Поскольку плунжер вспомогательного золотника в двухступенчатом распределителе обычно имеет небольшие размеры (диаметр около 3—4 мм), для привода его может быть применен маломощный электромагнит.
Типовые схемы двухпозиционных электромагнитных
золотников прямого действия изображены на рис. 8. В золотнике с
одним электромагнитом (рис. 8, а) плунжер золотника перемещается
в одну сторону под действием электромагнита и в другую (по обесто-
чивании электромагнита) — под действием пружины. В золотнике
с двумя электромагнитами(рис. 8,6) перемещение плунжера в обе стороны осуществляется электромагнитами. Ход плунжера обычно равен 5—6 мм, мощность управляющего электротока 20 вт, диаметр плунжера в схеме прямого действия обычно до 30 мм. Время срабатывания электромагнитных золотников распространенной мощности находится в пределах 0,02—0,1 сек.
Схема и конструктивное выполнение двухпозиционного распределителя с электроприводом показаны на рис. 9, а и б. Плунжер 9, и основного золотника при выключенном электромагните 4 удерживается в крайнем левом положении действием усилий пружины 5 и давлением жидкости, поступающей из рабочей магистрали через канал 3 в камеру 7, В этом положении золотника жидкость из рабочей магистрали S, соединенной с насосом, поступает в канал 10, связанный с силовым цилиндром.
При включенном электромагните жидкость из магистрали 8
через проточку вспомогательного золотника 2 и канал 1 поступает
в левую полость 11 основного золотника. Так как рабочая
площадь плунжера 9 больше площади вспомогательного плунжера 6,
плунжер 9 переместится вправо. При этом рабочая магистраль 8
соединяется каналом 12, связанным с силовым цилиндром.
Рисунок 9 – Схема и конструкция двухпозиционного золотникового распределителя с серводействием и электромагнитным управлением.
КРАНОВЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ
В крановых распределителях рабочий элемент (пробка) конусного (рис. 10, а и б) или цилиндрического (рис. 11, а и б) типа совершает поворотные движения. Пробка крана должна быть уравновешена от статических сил давления жидкости, так как в противном случае она будет прижата к одной стороне, вследствие чего могут развиваться большие силы трения.
Уравновешивания в кране, схема которого представлена на рис. 11, а, достигают диаметрально противоположным действием давления жидкости на пробку.
Рисунок 10 – Крановые распределители жидкости с конусной пробкой.
Рисунок 11 – Крановые распределители жидкости с цилиндрической пробкой.
В кранах с конусной пробкой плотность герметизирующего
контакта (контактное давление) обеспечивается с помощью пружины
(рис. 10, а), усилие которой должно превышать противодействие
давления жидкости, стремящейся вытолкнуть кран из гнезда.
Поскольку пружина в этом случае рассчитывается на максимальное рабочее давление, то при малом и нулевом давлениях для поворота крана требуются значительные усилия и в особенности, если последний рассчитан на высокие давления. Ввиду этого эти краны применяются при давлении < 100 кГ/см2ч.
На рис. 10, б показан, кран контакт конусной пробки 1
которого с поверхностью гнезда корпуса осуществляется давлением
жидкости, подводимой по каналам 3 и 7 к гибким стальным
диафрагмам 4; давление жидкости деформирует диафрагму и через
опору 5 и регулировочный штифт 2 нагружает пробку 1.
Диафрагмы 4 служат также пружинами, затяжка которых регулируется
штифтом 2, что обеспечивает необходимую герметичность крана
при нулевом и малом давлении жидкости. Диафрагмы уплотнены
прокладками 6.
Для уменьшения трения поворотные краны часто
центрируются на подшипниках качения, например игольчатых (см. рис. 11, б).
При этом может быть обеспечен постоянный концентричный зазор между пробкой крана и гильзой, который может быть сведен до 4—6 мк. Эти краны отличаются малым моментом трения, величина которого при давлении 200 кГ/см2 обычно не превышает~0,1 кГ/см2.
Кроме того, благодаря малым гарантированным зазорам утечка не превышает 20 см/1мин. Подобные распределители имеют особые преимущества в гидравлических следящих устройствах.
КЛАПАННЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ
В гидросистемах некоторых машин распространены также
клапанные распределители, которые просты в изготовлении и
надежны в эксплуатации, а также могут обеспечить высокую
герметичность.
Схема действия клапана показана на рис. 12, а и б
. Клапаны
приводят в действие ручными и различными механическими и
электротехническими устройствами. Из ручных устройств наиболее
простым является качающийся рычаг (рис. 13, а и б). В
клапанном распределителе, представленном на рис. 13, б, канал 2,
связанный с линией потребителя, соединен при нерабочем положении
рукоятки 1 с каналом слива 4. При повороте рукоятки 1 перекрывается сперва канал слива, после чего нажимом толкателя 5 на шарик линия потребителя соединяется с каналом 3, через который подводится под давлением жидкость.
Распространены также распределители с кулачковым приводом,
схема подобного клапанного распределителя изображена на рис.
14. На валике 3 находятся четыре кулачка 2, которые при
повороте валика воздействуют на соответствующий конусный
клапан 1.
На рис. 15 показана схема трехпозиционного электромагнитного распределителя прямого действия с двумя клапанами, управляемыми электромагнитами 2 и 3, При выключенных электромагнитах 2 и 3 клапаны 1 и 4 прижаты своими пружинами к седлам. При этом магистраль нагнетания перекрыта, а потребители соединены со сливом. При включении электромагнита 2 клапан 7, сжимая пружину, переместится в крайнее левое положение и прижмется к противоположному седлу; в этом положении один из потребителей соединится с магистралью нагнетания. При включении электромагнита 3 при выключенном электромагните 2 сработает клапан 4, соединив второй потребитель с магистралью нагнетания.
Действующие силы. Величину усилия R (см. рис. 12, а), которую необходимо приложить к хвостовику т клапанного распределителя с острой уплотняющей кромкой для поднятия или удержания его в поднятом положении (без учета реактивных сил потока жидкости, и допуская, что давление на внешний торец хвостовика т не действует), можно вычислить по выражению:
Практически контакт затвора распределителя происходит не
по острой кромке, а по конусу седла (см. рис. 12, б), поэтому
значения сил, действующих на затвор, будут зависеть при этих
же условиях от ширины поверхности его контакта с седлом.
Если в конусной щели, образованной поверхностью затвора
и поверхностью гнезда, давление отсутствует, к хвостовику
затвора для отрыва его от седла необходимо приложить силу:
Рисунок 12 – Схема клапанного распределителя.
Рисунок 13 – Схемы клапанных распределителей с рычажным приводом.
Рисунок 14 – Схема клапанного распределителя с кулачковым приводом.
Следовательно, сила R будет больше силы R1 и в соответствии
с чем после отрыва затвора от гнезда усилие, необходимое для
дальнейшего его перемещения, снизится.
После открытия затвора давление в полости 2 повысится до
величины .
В соответствии с этим повысится также среднее давление в конусной щели, которое в этом случае будет равно:
Рисунок 15 – Схемы разгруженных клапанных распределителей.
Очевидно, что закон распределения давления по длине щели
клапанного распределителя, находящегося в покое, может быть и
степенным, причем кривая распределения давления может быть
как выпуклой, так и вогнутой ( см. рис. 12, б),
что наложит соответствующие коррективы на приведенные выкладки.
Список использованной литературы:
1. Машиностроительная гидравлика. Башта Т. М., «Машиностроение», 1971, стр. 672.