Гидроклапаны: назначение и виды

Работа гидравлических систем зависит от направления потока рабочей жидкости, регулирования ее движения в зависимости от различных параметров. Такое изменение осуществляется при помощи изменения положения запорно-регулирующего элемента системы. Это ключевой компонент, который позволяет управлять потоком жидкости и обеспечивает безопасность и эффективность работы гидросистемы.

Один из важных компонентов гидравлического клапана — это элемент управления. Модуль управления выполняют ручным (с помощью механической силы) или автоматическим (с помощью пневматической или электрической силы).

Принцип работы гидравлического клапана основан на балансе сил давления и пружинного усилия. Когда давление жидкости достигает определенного уровня, силы давления преодолевают пружинное усилие и клапан открывается, позволяя жидкости пройти через него. Когда давление снижается или достигает заданного уровня, пружина возвращает элемент управления в исходное положение, закрывая клапан и ограничивая поток жидкости.

Гидравлические клапана могут иметь различные формы рабочих поверхностей запорно-регулирующих элементов. Наиболее часто встречаются: сферический (шариковый), конический, плоский. Благодаря высоким герметизирующим свойствам и технологичности наибольшее распространение получили сферические (шариковые) и конические клапаны.

Сегодня существует множество классификаций гидравлических клапанов по самым различным параметрам. Наиболее общими классификациями устройств являются.

1. Регулирующие (дросселирующие) гидроклапаны – регулируют движение потока жидкости (расход – дроссели, регуляторы расхода, делители потока; давление – напорные клапаны, редукционные клапаны).
2. Направляющие – их главной задачей является пропускать или останавливать поток жидкости при достижении потоком заданных параметров (распределители, обратные клапаны, гидрозамки).

К регулирующим клапанам относят:

• Дроссель – клапан, который в гидравлических приводах для регулирования скорости движения гидравлических двигателей, за счет перемены дроссельного проходного сечения, и, как следствие, изменения перепада давления на гидравлическом сопротивлении. 

   

  Площадь проходного сечения, выполненного в корпусе дросселя 7 изменяется в зависимости от положения запорно-регулирующего элемента.

   

  В момент касания поверхностей конуса и отверстия в корпусе, проходное сечение дросселя полностью закроется, течение жидкости через дроссель в этом случае невозможно.

   

  При вращении рукоятки 2 конус будет перемещаться. При его перемещении влево, проходное сечение дросселя будет увеличиваться, при перемещении вправо - уменьшаться.

   

  

   

• Предохранительный клапан - поддерживает давление до конкретного уровня, не превышая этого показателя. Находится в работе непостоянно, то есть при нормальном стабильном давлении поток рабочей жидкости через него не проходит. Срабатывает в условиях превышенного давления в гидросистеме, защищает оборудование от перегрузок и избыточного давления (это может случиться, например, при превышении допустимой нагрузки на цилиндр, при остановке на упоре и пр.). Предохранительные клапаны, предназначенные для длительного и частого перепуска рабочей жидкости, чаще делают золотниковыми. Они работают надежно, без вибрации и шума. В схемных решениях предохранительный клапан может быть применен для обеспечения минимально заданного уровня давления или подпора в линии гидросистемы. При таком применении предохранительные клапаны принято называть подпорными, что отражает характер их работы. Предохранительные клапаны прямого действия имеют высокую скорость срабатывания, что является их основным достоинством. К недостаткам можно отнести нестабильную работу и склонность к автоколебаниям. Также при увеличении рабочих расходов сильно увеличивается и размер клапана. Подобных недостатков лишены клапаны непрямого действия, которые часто называют двухступенчатыми или сервоклапанами.

   

  

   

  Конструкция предохранительного клапана непрямого действия:

  1 – корпус; 2 – основной конический клапан; 3,5 – пружины; 4 – вспомогательный шариковый клапан; 6 – регулировочный винт; А, Ж – каналы в полости

   

• Редукционный клапан -  называют клапан давления, предназначенный для поддержания давления в отводимом от него потоке рабочей жидкости более низкого, чем давление в подводимом потоке. Редукционные клапаны применяют в гидроприводах, в которых от одного источника питаются несколько потребителей, работающих при разных давлениях. Редукционные клапаны могут быть установлены в линиях питания гидродвигателей для ограничения в них давления и, как следствие, ограничения создаваемого двигателем усилия. Как и напорные клапаны, редукционные клапаны разделяют на клапаны прямого и непрямого действия, а по количеству присоединенных гидролиний – на двухлинейные и трехлинейные. Редукционные клапаны седельного типа обладают высокой скоростью срабатывания, что может привести к частым и сильным колебаниям давления. Для снижения колебаний давления применяют клапаны золотникового типа. Они обеспечивают более плавную характеристику, но не герметичны и имеют перетечку рабочей жидкости по зазору золотника. Для сохранения герметичности и обеспечения плавной характеристики применяются редукционные клапаны непрямого (двухступенчатого) действия.

   

  

   

  Конструкция редукционного клапана прямого действия:

  1 – корпус; 2 – золотник; 3 – пружина; 4 – регулировочный винт; А, Б, В - полости

   

• Переливной клапан – напорный гидроклапан, предназначенный для поддержания заданного давления в напорной линии путем непрерывного перепуска рабочей жидкости в сливную линию при резких изменениях нагрузок, т. е. это предохранительный клапан для длительного перепуска рабочей жидкости. Принцип работы переливного клапана прямого действия заключается в следующем. При подводе к клапану рабочей жидкости под давлением, превышающем давление, на которое клапан отрегулирован, золотник под действием разности сил давления рабочей жидкости и пружины перемещается вверх. При этом образуется рабочее проходное сечение (щель) между острыми кромками цилиндрической расточки корпуса и золотника. Чем больше расход рабочей жидкости, поступающей (сливающейся) из напорной линии, тем больше величина открытия клапана. При этом изменение давления в напорной линии пропорционально подъему золотника и жесткости пружины. В переливном клапане с дифференциальным золотником золотник имеет два цилиндрических пояска разных диаметров d1 и d2. Пружина клапана воспринимает давление жидкости на эффективную площадь, равную разности площадей торцов золотника. Использование в клапане дифференциального золотника, работающего по принципу гидравлического уравновешивания, позволяет уменьшить размеры пружины. Как и предохранительные, переливные клапаны подключают к напорным линиям параллельно. В сливных линиях переливные клапаны иногда устанавливают последовательно. В этих случаях они выполняют функцию подпорных клапанов.

   

  

   

  Конструкция золотниковых переливных клапанов:

  а – прямого действия; б – с дифференциальным золотником: 1- корпус; 2 – золотник; 3 – пружина; 4 – регулировочный винт

   

• Клапан разности давлений – этот клапан поддерживает постоянную разность между давлениями на входе и выходе из клапана. Когда требуется в двух гидролиниях поддерживать постоянную разность давлений, применяют гидроклапаны разности давлений. Схема гидроклапана разности давлений, предназначенного для поддержания постоянной заданной разности давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости, приведена. В его корпусе 1 размещены однощелевой цилиндрический золотниковый дроссель и силовая пружина 3. Торцовые полости золотника соединены каналами с гидролиниями, по которым проходят подводимый и отводимый потоки рабочей жидкости. Разность перепадов давлений на торцах золотника, следовательно, и в отводящей и подводящей гидролиниях определяется отношением силы сжатия пружины 3 и эффективной площади сечения цилиндрического золотника. Поэтому для обеспечения требуемой разности давлений в подводящей и отводящей гидролиниях необходимо изменять натяг пружины 5. Обычно такие гидроклапаны снабжаются регулировочным винтом (на схеме не показан). Эти клапаны применяют наиболее часто для противодействующей и попутной нагрузки на рабочих органах мобильных машин или в исполнительных механизмах, приводимых гидродвигателями. При опускании груза или рабочего органа, этот клапан создаёт сопротивление потоку рабочей жидкости подобно предохранительному клапану непрямого действия, перепускающему рабочей жидкости на слив в бак под воздействием силы тяжести и силы инерции движущейся массы. В этом случае клапан разности давлений выполняет назначение тормозного клапана. 

   

  

   

• Клапан соотношения давлений – он поддерживает постоянное соотношение между в подводимом и отводимом потоках рабочей жидкости. Схема одного из них приведена на рис. Он представляет собой однощелевой золотниковый цилиндрический распределитель 2 с разной эффективной площадью сечения золотника. Последнее достигается разными способами, в том числе и установкой дополнительного плунжера-толкателя 1, как показано на схеме. Соотношение перепадов давлений определяется отношением эффективных площадей золотника, которое обратно пропорционально соотношению перепадов давлений. 

   

  

   

К направляющим клапанам относят:

• Обратный клапан – предназначен для свободного пропускания рабочей жидкости в одном направлении и для перекрытия движения жидкости в обратном направлении. Обратный клапан конструктивно подобен предохранительному клапану с той лишь разницей, что в нем применяется пружина с малым усилием, предназначенная лишь для преодоления сил трения при посадке запорного элемента на седло. К такому типу клапанов относятся гидрозамки. Установка в гидроприводе машины обратного клапана исключает самопроизвольное опускание рабочего оборудования под действием внешней нагрузки, а также при случайном включении гидрораспределителя.  Обратные клапаны применяются также: в схемах, состоящих из нескольких насосов, из насоса и гидропневмо-аккумулятора для исключения взаимного влияния при их одновременной работе; в блоках фильтрации, устанавливаемых в реверсивных гидролиниях, для обеспечения движения жидкости через фильтр только в одном направлении; в гидроприводах с замкнутой циркуляцией как подпиточные клапаны. Обратные клапаны бывают с шариковыми и конусными запорными элементами.  На корпусах обратных клапанов наносят стрелку, указывающую направление движения рабочей жидкости через клапан. На дорожно-строительной технике наибольшее распространение получили обратные клапаны с условным проходом 16, 20, 25 и 32 мм.

   

  

   

• Редукционный клапан – предназначен для поддержания в некоторой части гидросистемы пониженного давления относительно давления в основной гидролинии. При этом давление на выходе редукционного клапана автоматически поддерживается на заданном уровне вне зависимости от изменения давления на входе (в основной гидролинии) и от увеличения потребления жидкости на выходе. По каналу 1 на торец золотника 2 действует давление, равное давлению на выходе клапана. При повышении давления золотник 2 смещает настроечную пружину 3, предварительное сжатие регулируется винтом 4 и когда давление на выходе достигнет заданного уровня, клапан закроется. Если давление на входе в клапан больше давления настройки, то его изменение не оказывает никакого влияния на равновесное состояние золотника 2.