SPIS TREÅšCI:
WST
P TEORETYCZNY
·ð Elementy sterujÄ…ce ciÅ›nieniem
·ð Zawory maksymalne
·ð Opisy dziaÅ‚ania i schematy rozwiÄ…zaÅ„
·ð Zawory jednostopniowe
·ð Zawory dwustopniowe
·ð Charakterystyki statyczne
·ð Symbole graficzne
CZ
ŚĆ PRAKTYCZNA
·ð Cel ćwiczenia
·ð Schemat stanowiska do wyznaczania charakterystyki statycznej zaworu przelewowego.
·ð Schemat torów pomiarowych i stanowiska.
1
I. WST
P TEORETYCZNY
1. Elementy sterujące ciśnieniem Zadaniem elementów sterujących ciśnieniem - nazywanych
skrótowo zaworami ciśnieniowymi - jest wpływanie w określony sposób na wartość ciśnienia w
układzie hydrostatycznym lub jego części.
Zawory ciśnieniowe klasyfikuje się na podstawie następujących kryteriów:
1. Ze względu na konstrukcję organu zamykającego wyróżniamy zawory wzniosowe.
zawory suwakowe.
2. Ze względu na wzmocnienie mocy sygnału powodującego zadziałanie zaworu mamy zawory
jednostopniowe, pracujące bez wzmacniania mocy sygnału, nazywane inaczej zaworami
bezpośredniego działania.
zawory dwustopniowe, pracujące ze wzmacnianiem mocy sygnału, nazywane inaczej zaworami
pośredniego działania.
3. Ze względu na pochodzenie sygnału sterującego wyróżniamy
zawory sterowane sygnałem wewnętrznym, czyli pobieranym z bezpośredniego otoczenia zaworu.
zawory sterowane sygnałem zewnętrznym, czyli pobieranym z innej gałęzi lub z innego układu
hydrostatycznego.
4. Ze względu na funkcję spełnianą w układzie hydrostatycznym rozpatrujemy zawory
maksymalne.
zawory redukcyjne. zawory przełączające.
Zawory maksymalne
Podstawowym zadaniem zaworów maksymalnych jest zabezpieczenie układu hydrostatycznego lub
jego części przed wzrostem ciśnienia ponad dopuszczalną wartość. Ze względu na charakter pracy
spotykamy dwie odmiany funkcjonalne zaworów maksymalnych:
1. zawory bezpieczeństwa.
2. zawory przelewowe.
Zawory bezpieczeństwa pełnią typową funkcję zabezpieczającą, przy czym ich działanie jest
sporadyczne, czyli występuje podczas nieprzewidywalnego przeciążenia układu hydrostatycznego.
Zawory przelewowe pracują w sposób ciągły odprowadzając nadmiar cieczy do zbiornika. Powoduje
to stabilizację ciśnienia cieczy i jednocześnie zabezpieczenie układu przed przeciążeniem. Zawory
przelewowe występują najczęściej w układach dławieniowego sterowania prędkością silnika lub
siłownika.
W ogólnym ujęciu zawór przelewowy jest regulatorem ciśnienia, w którym porównywana jest siła
zadana z siłą hydrostatyczna, którą reprezentuje ciśnienie działające na powierzchni pomiarowej
(rysunek 1).
2
Rysunek 1. Zawór przelewowy (jako element automatyki)
W zaworze obok sygnału wejściowego Fz (siła zadająca ciśnienie) i sygnału wyjściowego - ciśnienia
pz występuje również sygnał zakłócenia, będący ilością
strumienia przepływającego (przelewu) przez zawór. Sygnał zakłócenia powoduje zmienność wartości
pz, będącej odpowiedzią zaworu. Aby wartość ciśnienia, utrzymywanego przez zawór była niezależna
od zakłócenia, należy bezwzględnie zachować stałość siły zadającej na zaworze. Jest to wymóg
sprzeczny z klasyczną budową zaworu, w którym siła zadawania ciśnienia jest wprowadzana od
sprężyny, a jej podatność wymusza zmienność ciśnienia na zaworze. Inną istotną cechą zaworu
przelewowego, szczególnie widoczną w zaworach niskociśnieniowych, jest wartość siły
hydrostatycznej (mierzonej na powierzchni pomiarowej elementu ruchomego), którą celowo
powiększamy przez wprowadzenie odpowiednio dużej powierzchni pomiarowej. W ten sposób zostaje
powiększone wzmocnienie statyczne zaworu. Siła ta pozostaje w równowadze z siłą zadającą Fz, która
w tych zaworach powinna przyjmować stałą wartość.
Należy zaznaczyć, że zawory niskich ciśnień charakteryzują się znaczną histerezą ciśnienia, gdyż na
stałość wartości ciśnienia realizowanego przez zawór przelewowy w całym zakresie przepływów,
poza zmianami wynikającymi z zakłócenia od przepływu, wpływa również histereza ciśnienia od sił
tarcia suchego w zaworze.
Schemat konstrukcji zaworu przelewowego
1 - kula, 2 - gniazdo, 3 - popychacz, 4 - membrana, 5 - uchwyt kuli, 6 i 6a - łożyska hydrodynamiczne
3
Opisy działania i schematy rozwiązań Zawory jednostopniowe
Na rysunku 2 przedstawiono zasadę działania zaworu maksymalnego, jednostopniowego,
wzniosowego. Ciśnienie w przyłączu P-A działa na grzybek 1 wywierając siłę Fc
przeciwdziałającą sile Fs sprężyny 2. Dopóki siła Fs przewyższa siłę Fc grzybek 1 jest dociśnięty do
gniazda 3, a tym samym zawór jest zamknięty. Jeżeli siła Fc przewyższy siłę Fs grzybek 1 podnosi się i
otwiera drogę przepływu P^T. Otwarcie tej drogi umożliwia odprowadzenie nadmiaru cieczy do
zbiornika, co powinno doprowadzić do zmniejszenia ciśnienia i zamknięcia się zaworu - pod warunkiem,
że ustała przyczyna przyczyną przeciążenia układu. Jeżeli przyczyna będzie nadal istnieć, zawór
pozostanie otwarty, a ciśnienie przyjmie średnią wartość wynikającą z nastawienia napięcia wstępnego
sprężyny 2.
Rysunek 2. Zasada działania zaworu maksymalnego, jednostopniowego, wzniosowego: 1 - grzybek, 2
- sprężyna, 3 - gniazdo, P-A - przyłącze wysokiego ciśnienia, T - przyłącze do zbiornika
Na rysunku 3 przedstawiono schemat zaworu maksymalnego, jednostopniowego, w wersji nabojowej,
czyli przeznaczonej do wkręcenia w otwór wykonany w bloku sterującym układu hydrostatycznego.
Sprężyna 3 dociska grzybek 5 do gniazda 6. siłę sprężyny, a więc ciśnienie otwarcia zaworu, można
nastawić pokrętłem 4. jeżeli siła Fc pochodząca od ciśnienia w przyłączu P przekroczy siłę Fs od sprężyny
3, to grzybek 5 podniesie się otwierając drogę przepływu PT. otwarcie tej drogi umożliwia
odprowadzenie nadmiaru cieczy do zbiornika i zabezpieczenie układu. Grzybek 5 wraz ze sprężyną 3
stanowią zespół drgający. Drgania tego zespołu wpływają niekorzystnie na prace układu, gdyż są
przyczyna znacznych drgań ciśnienia. Do zmniejszenia amplitudy wymienionych drgań ciśnienia służy
tłumik 7.
Rysunek 3. Schemat zaworu maksymalnego, jednostopniowego, wzniosowego, sterowanego sygnałem
wewnętrznym: 1 - blok sterujący, 2 - tuleja zaworu, 3 - sprężyna, 4 - pokrętło, 5 - grzybek, 6 - gniazdo, 7
- tłumik drgań grzybka
4
Zawory dwustopniowe
Zawory jednostopniowe budowane są dla natężeń przepływu dochodzących do wartości 330
[dm3/min]. Dla większych natężeń przepływu, dochodzących do 650 [dm3/min], rozmiary grzybka lub
kulki i sprężyny wzrastają zbyt znacznie. W takiej sytuacji stosuje się zawory dwustopniowe. W takich
zaworach zasadniczy człon sterujący (drugi stopień) uruchamiany jest dopiero wówczas, gdy zadziała
zawór wstępny (pierwszy stopień). Zaletą zaworów dwustopniowych są stosunkowo niewielkie
wymiary gabarytowe oraz możliwość dodatkowego zdalnego sterowania za pomocą rozdzielacza.
Na rysunku 4 pokazano zasadę działania zaworu maksymalnego, dwustopniowego, suwakowego.
Ciecz doprowadzona jest do przyłącza P a z niego do komór 8 i 9. ciśnienie cieczy działa na obie
powierzchnie czołowe suwaka 3 oraz grzybek 7. Dopóki siła Fs od sprężyny 5 jest większa od siły Fc
pochodzącej od ciśnienia cieczy, grzybek 7 jest dociskany do swojego gniazda, a więc zawór wstępny
1 jest zamknięty. W takiej sytuacji suwak 3 pod działaniem sprężyny 4 jest przesunięty w prawo i
odcina drogę przepływu PT. Jeżeli ciśnienie w przyłączu P wzrośnie powyżej wartości nastawionej
za pomocą sprężyny 5, to grzybek 7 otwiera drogę przepływu z komory 8 do zbiornika. Ciśnienie
cieczy w tej komorze spada, a suwak 3 pod działaniem ciśnienia cieczy w komorze 9 przesuwa się w
lewo i otwiera drogę przepływu PT. otwarcie tej drogi umożliwia odprowadzenie nadmiaru cieczy
do zbiornika i zabezpieczenie układu. Zadaniem zwężki 6 jest niedopuszczenie do całkowitego spadku
ciśnienia w komorze 9. Po zmniejszeniu ciśnienia w przyłączu P poniżej wartości zadanej za pomocą
sprężyny 5 sytuacja powraca do pokazanej na rysunku.
Rysunek 4. Zasada działania zaworu maksymalnego, dwustopniowego, suwakowego: 1 - zawór
wstępny wzniosowy, 2 - zawór główny suwakowy, 3 - suwak, 4 - sprężyna o małej sztywności, 5 -
sprężyna o sztywności dostosowanej do ciśnienia pracy zaworu, 6 - dysza, 7 - grzybek, 8,9 - komory, P
- przyłącze wysokiego ciśnienia, T - przyłącza do zbiornika
Zawór z rysunku 5 można stosunkowo łatwo wyposażyć w rozdzielacz pomocniczy,
przeznaczony do realizacji dodatkowej funkcji zdalnego sterowania otwieraniem lub
zamykaniem, niezależnym od nastawionego ciśnienia otwarcia.
5
Rysunek 5. Schemat zaworu maksymalnego, dwustopniowego, suwakowego, sterowanego sygnałem
wewnętrznym : 1 - grzybek, 2 - suwak, 3.1, 3.2, 3.3 - dysze, 4 - komora, 5 - sprężyna o sztywności
wynikającej z ciśnienia otwarcia, 6 - filtr siatkowy, 7 - sprężyna o małej sztywności, 8 - komora, 9 -
kanał odprowadzenia cieczy (Y), 10 - kanał doprowadzający ciecz (X), 11 - przyłącze dodatkowe, P -
wysokie ciśnienie, T - niskie ciśnienie
Charakterystyki statyczne
Charakterystyki statyczne przepływowe zaworów, czyli funkcje p = f(Q), powinny teoretycznie być
prostymi poziomymi. W praktyce występują odstępstwa od tego założenia. W przypadku zaworów
jednostopniowych widać je na rysunku 6, natomiast dla zaworów dwustopniowych pokazuje je
rysunek 7.
Rysunek 6. Charakterystyki przepływowe statyczne zaworu maksymalnego jednostopniowego
Rysunek 7. Charakterystyki przepływowe statyczne zaworu maksymalnego dwustopniowego
6
Symbole graficzne
W tabeli 1 zestawiono symbole graficzne zaworów maksymalnych.
Tabela 1. Symbole graficzne zaworów maksymalnych
7
II. CZ
SC PRAKTYCZNA
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia było wyznaczenie charakterystyki statycznej zaworu przelewowego.
2. Schemat stanowiska do wyznaczania charakterystyki statycznej zaworu
przelewowego.
1 - pompa, 2 - silnik, 3 - zawór przelewowy , 4 - rozdzielacz 3. Schemat torów pomiarowych i stanowiska.
2 - silnik, 3 - zawór przelewowy, 5 - element pomiarowy, 6 - regulator, 7 - regulator,
Na wejściu proporcjonalnego zaworu przelewowego sumują się dwa tory: jeden podający sygnał
proporcjonalny do wartości zadanej przez regulator 7, ze wzmocnieniem tak dobranym do charakterystyki
układu, aby jego reakcja odpowiadała w przybliżeniu żądanej wartości (Qp - Qs), oraz drugi sygnał z
regulatora 6, całkującego sygnał błędu, który naprowadza zawór na dokładną wartość Qp - Qs.
Na zajęciach wyznaczaliśmy charakterystykę statyczną zaworu przelewowego DB20 firmy Rexroth.
Poniżej zamieszczono te charakterystyki.
8
Charakterystyka statyczna dla pierwszego pomiaru
21
20,5
20
19,5
"p
[MPa]
19
18,5
18
17,5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Q [dm3/min]
Charakterystyka statyczna dla drugiego pomiaru
11,5
11
10,5
10
9,5
9
"p
8,5
[MPa]
8
7,5
7
6,5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Q [dm3/min]
WNIOSKI
·ð CharakterystykÄ™ statycznÄ… zaworu przelewowego można przyjąć za liniowÄ…
·ð Przy bardzo niskich przepÅ‚ywach ciÅ›nienie gwaÅ‚townie siÄ™ zmienia, lecz nie ma to
większego wpływu na działanie zaworu
·ð Przy ustawianiu coraz mniejszego ciÅ›nienia w ukÅ‚adzie linia charakterystyki
zmniejsza swój kąt nachylenia
9