Laboratorium z napędów i sterowania hydraulicznego

1.     Wprowadzenie

W grupie elementów regulujących zawory przelewowe zajmują czołową pozycję i znajdują zastosowanie w każdym hydraulicznym układzie napędowym. Z uwagi na spełnianą funkcję nazywane są regulatorami ciśnienia gdyż utrzymują wartość ciśnienia lub zadana różnicę albo spadek ciśnienia. W każdym zaworze występuje zatem zadawanie : wartości, różnicy lub spadku ciśnienia realizowane na elemencie ruchomym prze odpowiednie napięcie sprężyny przez pomiar ciśnienia na powierzchni pomiarowej elementu ruchomego od strony gniazda zaworu. W takim ujęciu zawór jest najogólniej elementem pracującym w otwartym układzie i jego zasadę ilustruje rys . 1

Na schemacie oznaczono :

F – siła, c – sztywność sprężyny,

Dl – przyrost długości sprężyny

p- ciśnienie, Dp – spadek ciśnienia

W zależności od funkcji spełnianej w układzie napędowym możemy wyszczególnić następujące podgrupy zaworów :

-         przelewowe (odprowadzają nadmiar oleju)

-         bezpieczeństwa ( ograniczają ciśnienie)

-         podporowe( podtrzymują ciśnienie)

-         redukcyjne (redukują ciśnienie do żądanej wartości)

-         różnicowe ( utrzymują określona różnicę ciśnień )

-         zwrotne ( zapobiegają przepływowi w różnym kierunku )

Ze względu na sposób sterowania zawory dzielimy na sterowanie :

-         bezpośrednio (jednostopniowe)

-         pośrednio (dwustopniowe )

2.     Charakterystyka statyczna zaworu przelewowego

Zawory przelewowe stosowane są w układach napędowych, w których zachodzi konieczność utrzymania stałej wartości ciśnienia. Wiąże się to z odprowadzeniem z układu nadmiaru medium roboczego i dlatego podczas pracy są one ciągle otwarte. Rys. 2 przedstawia przykładowe zastosowanie tych zaworów.

gdzie :

           Q – natężenie przepływu przez zawór [m3/s]

           r - gęstość oleju kg/m3

Opadanie charakterystyki wraz ze spadkiem natężenia przepływu w zaworze rzeczywistym uzależnione jest odo podatności elementu sprężystego i przecieków na elemencie ruchomym.

Nierównomierność ciśnienia ustalonego zaworem przelewowym przy danym jego nastawieniu określa się stosunkiem :

    Gdzie :

Pmax – ciśnienie przy maksymalnym natężeniu przepływu, na jakie przewidziany jest                  zawór,  P0 -  ciśnienie początku otwierania zaworu

Jeśli dp rośnie, to charakterystyka statyczna jest bardziej opadająca, w miarę jak maleje natężenie przepływu przez zawór. Przepływ przez zawór jest opisany zależnością ogólną :

gdzie :

Q – natężenie przepływu przez zawór [m3/s]

r - gęstość oleju kg/m3

k – długość krawędzi dławiącej z uwzględnieniem pochylenia gniazda [m]

kv- współczynnik strat przepływu

x- otwarcie elementu ruchomego [m]

Dp – spadek ciśnienia na zaworze [Pa]

Dp = pz-po

pz - - ciśnienie przed zaworem [Pa]

po – ciśnienie za zaworem ( na odpływie) [Pa]

Współczynnik strat jest zależny od zmian wektora prędkości medium roboczego i  otwarcia.

3.     Zabudowa czujników pomiarowych i stanowisko pomiarowe

Przygotowanie zaworu do pełnych badań statycznych i dynamicznych wymaga wprowadzenia do komory sterującej lub pomiarowej czujnika pomiaru przemieszczenia elementu ruchomego. Wbudowując ten czujnik do zaworu należy mieć na uwadze możliwie jak najmniejsze zakłócenia pierwotnych warunków pracy zaworu, i tak :

-         niezmienność warunków przepływu (strat przepływu)

-         minimalne powiększenie objętości komory sterującej lub pomiarowej ( z tłumieniem)

-         minimalne powiększenie masy elementu ruchomego

zmiana objętości  komory oraz masy elementu ruchomego zmienia szybkość zaworu i jego bezwładność. Sposób zabudowania czujnika indukcyjnego w zaworze oraz wprowadzenie przewodów elektrycznych są podobne do opisanego przy rozdzielaczu suwakowym. Czujniki do pomiaru ciśnienia i temperatury zbudowano w płytach przełączeniowych badanego zaworu.

Schemat stanowiska do badań statystycznych zaworu

Obliczenia  współczynników  nierówności  ciśnienia  :

4.Wnioski:

¨      równoległość charakterystyk wynika z faktu że medium przepływa przez ten zawór w identyczny sposób niezależnie od ciśnienia płynu

¨      histereza w rzeczywistym zaworze przelewowym jest spowodowana nieliniowością elementu sprężystego i przecieków na elemencie ruchomym ( gdzie istnieje  tarcie)

¨      Ze względu na prostotę budowy oraz sposobu działania zawór przelewowy znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle

¨      Charakterystyki są pochyłe ponieważ ze wzrostem natężenia przepływu medium w przewodach hydraulicznych wzrasta ciśnienie ( ten sam przekrój przewodu a większa ilość płynu )

Strona