Работа и устройство гидравлических клапанов

Работа гидравлических систем зависит от направления потока рабочей жидкости, регулирования ее движения в зависимости от различных параметров. Эту задачу выполняет специальный механизм, способный по «команде» пропускать/останавливать прохождение, поддерживать нужное давление или предотвращать аварийные ситуации. Клапан в гидравлической системе считается «базовым инструментом» по реализации функций управления, независимо от назначения оборудования.

Что такое гидравлический клапан, его функции

Гидравлический клапан или гидроклапан – механическое устройство, применяемое для перекрытия (полного и частичного), перенаправления жидкости под давлением. Модуль управления выполняют ручным или автоматическим, при помощи механической, пневматической или электрической силы. Функционально клапан чаще препятствует обратному току жидкости, регулируя нужное направление. Но встречаются и предназначенные для «стравливания» излишнего напора.

Особенности гидроклапанов:

1. Выдерживают большую нагрузку, до 210 кг/см² и более.
2. Корпуса изготавливают из высокопрочных, износостойких стальных сплавов.
3. Функционально они отличаются от «обычных» вентилей только нагрузочной способностью.

Гидравлические клапаны могут отличаться назначением, габаритами, типом монтажа. Подбор производится, исходя из оборудования, для которого предназначено изделие.

Типы гидроклапанов

Применяют несколько вариантов классификации. Например, по способу перекрытия движения рабочей среды существуют шариковые, конусные, плунжерные. По механизму управления выделяю гидроклапаны прямого и непрямого действия. Первые подразумевают открытие/закрытие гидропотока за счет силовой пружины. Вторые включают/отключают запорно-регулирующий механизм с помощью миниатюрного блока.

По назначению клапаны делятся на:

1. Предохранительные – срабатывают при возникновении напора, превышающего заданную норму, защищают оборудование от перегрузок.
2. Редукционные – поддерживают внутри системы штатный напор, необходимое для работы механизма.
3. Разности давлений – поддерживают заданную разницу давления в отводимой и подводимой массе гидравлического масла, включая возможность управления «сторонним» потоком.
4. Пропорциональные – предназначены для точного управления направлением рабочей среды в гидросистемах.
5. Разгрузочные – позволяют сбрасывать нагрузку при остановке оборудования, переводить его на «холостой» режим.
6. Последовательные – включают или отключают отдельные участки/элементы гидросистемы в зависимости от установленного давления.
7. Напорные или переливные – ограничивают силу движения в подводимых к установке потоках жидкости согласно рабочего режиму.
8. Выдержки времени – предназначен для прохождения потока жидкости через определенный промежуток времени.

Иногда используют классификацию, предусматривающую всего 3 категории гидроклапанов: регулировки давления, управления потоком, распределения. Внутри каждой имеется собственное разделение по особенностям применения. Например, механизм замедления движения и расхода, компенсации нагрузки, постоянного/переменного расхода и т.д. Те же распределительные клапаны бывают двухходовыми с двумя положениями, четырехходовыми с тремя положениями.

Типовое устройство

Независимо от назначения и особенностей функционирования гидроклапаны состоят примерно из одного перечня комплектующих. Так, основой всегда служит металлический корпус, материалом для которого являются сплавы, хорошо выдерживающие давление, перепады температуры, стойкие к химическому составу рабочей среды гидравлической системы.

Подробнее об устройстве гидравлического клапана

1. Золотник – элемент, выполняющий задачи регулирования пропускной способности клапана.
2. Пружина – задает чувствительность золотника исходя из конкретной модели изделия.
3. Винт – регулирует сопротивляемость пружины входящему/обратному потоку.
4. Подвод – отверстие, куда поставляется жидкость от компрессора/насоса.
5. Отвод – отверстие для подачи потока дальше по механизму.

В зависимости от модификации возможно включение в конструкцию дополнительных полостей, регулировочных каналов, демпферных отверстий. Но основа всегда остается одинаковой. Меняться может расположение золотника (верхнее, нижнее), усилие возврата пружины, диаметр протока или объем рабочей камеры.

Решение выбирается исходя из особенностей оборудования, где применяется гидроклапан. Вместо пружины может применяться система взаимообратных магистралей в управляющем контуре. Отличие будет касаться и внешних блоков, предназначенных для обслуживания регулирующей арматуры.

Принцип работы

Есть различия и в способе «срабатывания». Все-таки клапан не является в прямом смысле краном, который можно открыть по желанию оператора. Хотя есть модификации, управляемые вручную от внешних органов управления. Принцип работы гидравлического клапана основан на изменении силы и направления рабочей жидкости. Напор организуется при помощи помпы, а давление только за счет нагрузки со стороны внешних объектов (поднимаемого груза и т.д.).

Принцип срабатывания (опционально):

1. Рабочая жидкость постоянно или импульсно давит на седло золотника.
2. Пока воздействие меньше по усилию, чем прижимающее действие пружины, модуль остается в закрытом состоянии.
3. Стоит давлению хотя бы на пару процентов превысить «норму», проходное отверстие будет понемногу открываться.
4. Поток зависит от степени открытия проходного отверстия, соответственно, от превышения давления над «нулевым» значением.

Чувствительность зависит от заводских параметров пружины и настроек, заданных при регулировке ее прижимающей силы. Теоретически особой разницы между типами золотника (сфера, конус и пр.) нет. Она проявляется при оценке герметизирующих свойств исходя из типовых условий эксплуатации, состава рабочей жидкости, иных параметров. Настройки зависят от назначения гидроклапана.

Типовые поломки гидроклапанов

Неисправности в гидросистеме возникают по двум основным причинам: механический износ из-за длительной интенсивной эксплуатации и несоблюдение условий, подходящих к характеристикам гидравлического клапана конкретной модификации. В обоих случаях поломки проявляются почти одинаково, т.к. происходят сходные повреждения.

Варианты неисправностей:

1. Насос не подает гидравлическое масло. Причина может заключаться в ошибке при сборке конструкции, в недостаточном объеме масла, в попадании в систему воздуха.
2. Слабое давление. Возникает по причине плохой работы помпы, из-за протечки уплотнений внутри или снаружи механизма, поломки самого гидроклапана.
3. Шум при работе. Появляется при завоздушивании системы, попадании внутрь загрязнений, в том числе по причине загрязненного фильтра.

Еще встречаются ситуации, когда неравномерно двигаются «органы», приводимые в действие за счет гидравлики. Или снижается подача, происходит перегрузка при холостом ходе или гидравлика срабатывает слишком медленно, хоть и с достаточном усилием. Один и тот же внешний признак может иметь разные причины, поэтому стоит поручать диагностику специалистам с опытом.

Заключение

Гидроклапаны – обязательный элемент управляемых гидросистем. Изделия отличаются конструкцией, размерами, назначением, но имеют общий принцип действия. Во всех механизмах используется специальная рабочая жидкость, в большинстве случаев это гидравлическое масло. Поломки в гидравлике возникают при несоблюдении условий эксплуатации или по причине механического износа тех же уплотнителей либо засоре гидрожидкости контура.