INSTYTUT KONSTRUKCJI MASZYN

Katedra Maszyn Roboczych i Transportu Bliskiego

LABORATORIUM

NAPĘDÓW I STEROWANIA

HYDRAULICZNEGO I PNEUMATYCZNEGO

Temat: Badanie zaworu przelewowego

Grupa: ........................ Zespół: .........................

Lp Nazwisko i Imię

Ocena

Data

2

Podział zaworów

Zawory stanowią najbardziej rozbudowaną grupę elementów hydrostatycznych układów

napędowych. Pełnią one funkcje sterowania kierunku przepływu i wartości energii.

Sterowanie to polega na odpowiedniej zmianie pola powierzchni przepływowej cieczy za

pomocą elementu czynnego (ruchomej części zaworu). Podział zaworów, ze względu na

funkcję pełnioną w hydraulicznym układzie przedstawiono na rys. 1.

Rys. 1. Schemat podziału zaworów hydraulicznych (wg. PN-73/M-73022)

Pierwszą grupę stanowią zawory sterujące kierunkiem przepływu, do której naleŜą

rozdzielacze, zawory zwrotne i odcinające. Do drugiej grupy naleŜą zawory sterujące

ciśnieniem, obejmujące zawory ograniczające ciśnienie (zawory bezpieczeństwa, przelewowe

i kolejności dziłania) oraz regulatory ciśnienia (zawory róŜnicowe, redukcyjne i inne). Trzecią

grupę stanowią zawory sterujące natęŜeniem przepływu, takie jak regulatory przepływu

dwudrogowe i trójdrogowe oraz synchronizatory. W czwartej grupie znajdują się przekaźniki

ciśnieniowe i czasowe.

Według innego kryterium wszystkie zawory moŜna podzielić na:

- sterowane ręcznie,

- sterowane automatycznie (zawory samoczynne)

Do zaworów sterowanych ręcznie zalicza się takie zawory, które są nastawiane przez

operatora bezpośrednio, np. za pomocą pokrętła, dźwigni itp. lub pośrednio przy uŜyciu

wszelkiego rodzaju urządzeń mechanicznych, elektrycznych, hydraulicznych itp. (przykładem

moŜe być zawór odcinający, rozdzielacz). Natomiast do zaworów sterowanych automatycznie

naleŜą takie elementy, które utrzymują określone ciśnienie lub natęŜenie przepływu

samoczynnie, niezaleŜnie od obsługującego (przykładem jest zawór przelewowy, regulator

przepływu).

Inny podział zaworów uwzględnia kształt elementu sterującego bądź rodzaj jego ruchu.

Biorąc od uwagę kształt elementu sterującego wyszczególnia się zawory: kulkowe,

grzybkowe, talerzykowe, iglicowe, suwakowe, walcowe, natomiast w zaleŜności od

wykonywanego przez niego rodzaju ruchu wyróŜnia się zawory: obrotowe i wzniosowe

(osiowe). Przykładowe elementy zamykające zaworów pokazano na rys. 2.

3

Rys. 2. Elementy zamykające zaworów: a) kulka, b) grzybek stoŜkowy, c) talerzyk

Siły działające na element czynny zaworu

Na rys. 3 zestawiono obciąŜenia działające na grzybek zaworu w stanie ustalonym oraz

rozkład prędkości przepływu cieczy.

Rys. 3. Schemat sił działających na element czynny zaworu

Siła hydrostatyczna:

2

π ⋅ d

F = ( p − p ) ⋅ f = ( p − p ) ⋅

h

1

2

1

2

4

gdzie: p 1 , p 2 - ciśnienia, f - pole powierzchni czynnej, d - średnica czynna.

Siła spręŜyny:

F = k ⋅ ( x + x)

s

s

0

gdzie: ks - sztywność spręŜyny, x0 - ugięcie wstępne, x - przemieszczenie elementu czynnego

zaworu.

4

Siła hydrodynamiczna:

F = ρ ⋅ Q ⋅ ( v ⋅ cos θ − v

d

2

(( ) )1

gdzie: ρ - gęstość cieczy, Q - objętościowe natęŜenie przepływu, v , v - prędkości, θ - kąt 1

2

wektora prędkości v2.

Jednym ze sposobów przeciwdziałania sile hydrodynamicznej jest budowanie

elementów zamykających zaworów o tzw. ujemnym kącie rozwarcia, co pokazano na rys. 4.

Rys. 4. Schemat sił działających na grzybek zaworu o ujemnym kącie rozwarcia

Dla zaworów z grzybkiem o dodatnim kącie rozwarcia (rys. 3) siła hydrodynamiczna ma

taki sam zwrot jak siła spręŜyny, a więc dąŜy do zmniejszenia pola powierzchni przekroju

przepływowego. Jest to zjawisko bardzo niekorzystne, gdyŜ powoduje niestabilną pracę

zaworu i powstawanie drgań w układzie. Natomiast w zaworach o ujemnym kącie rozwarcia

zwrot siły hydrodynamicznej jest przeciwny do zwrotu siły spręŜyny.

Zawory przelewowe jednostopniowe

Na rys. 5 przedstawiono schemat budowy oraz symbol graficzny zaworu przelewowego

jednostopniowego. Przyłącze wejściowe zaworu (P) łączone jest z linią ciśnieniową układu,

natomiast wyjście (T) z linią zlewową. Gdy ciśnienie w układzie przekroczy wartość

dopuszczalną siła hydrostatyczna działająca na element czynny pokonuje siłę spręŜyny i

następuje otwarcie zaworu. Zmieniając napięcie wstępne spręŜyny zmieniamy ciśnienie

otwarcia zaworu.

5

Rys. 5. Schemat budowy oraz symbol graficzny zaworu przelewowego jednostopniowego

Zawory przelewowe dwustopniowe

Na rys. 6 przedstawiono schemat budowy zaworu przelewowego dwustopniowego

(pośredniego działania), gdzie: 1 - korpus, 2 - grzybek główny, 3 - spręŜyna grzybka

głównego, 4 - grzybek stopnia wstępnego (tzw. Pilot), 5 - spręŜyna pilota. Natomiast na rys. 7

pokazany jest przykład konstrukcji zaworu tego typu w wykonaniu z odciąŜeniem

(realizowanym

poprzez

dodatkowo

zainstalowany

rozdzielacz

sterowany

elektromagnetycznie.

Rys.6. Schemat budowy zaworu przelewowego dwustopniowego

6

Rys.7. Konstrukcja zaworu przelewowego typu DBW, prod. PONAR - Wadowice

Zawory przelewowe typu DB... słuŜą do ograniczania ciśnienia w układzie

hydraulicznym lub jego części, natomiast w wykonaniu DBW... ze sterownikiem

elektromagnetycznym, takŜe do odciąŜenia obwodu hydraulicznego.

Zawór przelewowy dwustopniowego dziłania (DB...) składa się z zaworu wstępnego 2 i

zaworu głównego 1. Ciśnienie układu poprzez przyłącze P działa na dolną powierzchnię

tłoczka sterującego 4, a poprzez dysze 8 i 10, takŜe na powierzchnię górną oraz na stoŜek zaworu wstępnego 11. W stanie spoczynkowym ciśnienie po obu stronach jest jednakowe.

SpręŜyna 12 utrzymuje suwak w połoŜeniu wyjściowym. Kanały P i T są od siebie

oddzielone. Jeźeli ciśnienie w układzie osiągnie wartość określoną połoŜeniem nastawy 5 I

napięciem spręŜyny 3 zaworu wstępnego, ciecz płynie przez dyszę i szczelinę zaworu

wstępnego do zbiornika. Na dyszy powstaje róŜnica ciśnień, która działa równieŜ na obie

powierzchnie suwaka głównego, unosząc go w górę, co pozwala na odpływ nadmiernej ilości

cieczy do zbiornika. W wykonaniu płytowym uszczelnienie zaworu zapewniają “O-ringi” 6 i

7.

7

Rys. 8. Charakterystyka zaworu przelewowego typu DBW: a) charakterystyka przepływowa,

b) charakterystyka najmniejszego ciśnienia nastawienia.

Przebieg ćwiczenia:

Przeprowadzić

badania

zaworu

przelewowego

typu

DBW30

wyznaczając

jego

charakterystyki przepływowe ∆p=f(Q) (kaŜdy student wykonuje charakterystykę dla innej

nastawy). Rejestrację danych pomiarowych przeprowadza się w oparciu o kartę przetwornika

analogowo - cyfrowego przy wykorzystaniu programu akwizycyjnego. Dane pomiarowe

opracować przy wykorzystaniu arkusza kalkulacyjnego lub innego programu, ewentualnie bez

uŜycia komputera po uprzednim wydrukowaniu wyników pomiarów.

Wymagania do sprawozdania:

1. sprawozdanie studenci wykonują trójkami,

2. sprawozdanie powinno zawierać:

− krótki opis wykonywanego ćwiczenia,

− schemat ideowy stanowiska badawczego wraz z czujnikami pomiarowymi,

− wykaz (tablea) mierzonych i obliczonych parametrów

− charakterystykę Q – p zaworu przelewowego

− wnioski,

3. nie naleŜy do sprawozdania dołączać kserowanych i skanowanych materiałów,

4. nie będą przyjmowane sprawozdania będące wielokrotnym wydrukiem tego samego pliku,

5. oszczędzać papier – optymalnie dobierać wielkość rysunków, stronę tytułową ograniczyć

do kilku centymetrów nagłówka itp.