Wyznaczanie charakterystyk statycznych zaworu przelewowego i redukcyjnego

Transkrypt

1 Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu: NAPĘDY PŁYNOWE Ćwiczenie nr: H-2 Wyznaczanie charakterystyk statycznych zaworu przelewowego i redukcyjnego Kod przedmiotu: MHBMS26004, MHBMN26004 Instrukcję opracował: dr hab. inż. Zbigniew Kamiński Białystok 2016

2 CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest: zapoznanie się z budową i zasadą działania zaworów ciśnieniowych oraz wyznaczenie charakterystyk statycznych zaworu przelewowego i redukcyjnego. SPIS TREŚCI 1. WPROWADZENIE POMIAR CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH ZAWORU PRZELEWOWEGO I REDUKCYJNEGO. PRZEBIEG ĆWICZENIA WYMAGANIA BHP SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA PYTANIA KONTROLNE LITERATURA

3 1. WPROWADZENIE Zadaniem elementów sterujących ciśnieniem, czyli tzw. zaworów ciśnieniowych, jest wpływanie w określony sposób na wartość ciśnienia w układzie hydrostatycznym lub jego części. Zawory ciśnieniowe moŝna klasyfikować wg róŝnych kryteriów. Ze względu na konstrukcję organu zamykającego wyróŝnia się: zawory wzniosowe zawory suwakowe Ze względu na wzmocnienie mocy sygnału powodującego zadziałanie zaworu dzieli się na: zawory jednostopniowe, pracujące bez wzmacniania mocy sygnału (zawory bezpośredniego działania) zawory dwustopniowe, pracujące ze wzmacnianiem mocy sygnału (zawory pośredniego działania) Ze względu na pochodzenie sygnału sterującego wyróŝnia się: zawory sterowane sygnałem wewnętrznym, pobieranym z bezpośredniego otoczenia zaworu. zawory sterowane sygnałem zewnętrznym, pobieranym z innej gałęzi lub z innego układu hydrostatycznego. Ze względu na funkcję spełnianą w układzie hydrostatycznym zawory dzieli się na: zawory maksymalne. zawory redukcyjne. zawory przełączające. 1.1.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: zawory bezpieczeństwa zawory przelewowe. Zawór przelewowy i zawór bezpieczeństwa zasadniczo nie róŝnią się konstrukcją, a jedynie funkcjami, jakie spełniają w układzie hydraulicznym. Podczas normalnej eksploatacji układu zawór przelewowy, zainstalowany na odgałęzieniu przewodu tłocznego pompy, pracuje w sposób ciągły, odprowadzając do zbiornika nadmiar cieczy, który wynika z róŝnicy wydajności pompy i np. przepustowości zaworu dławiącego. Powoduje to stabilizację ciśnienia cieczy i jednocześnie zabezpieczenie układu przed przeciąŝeniem. Zawory bezpieczeństwa pełnią typową funkcję zabezpieczającą, przy czym ich działanie jest sporadyczne i występuje tylko podczas nieprzewidywalnego przeciąŝenia układu hydrostatycznego. Zasada działania zaworu przelewowego bezpośredniego działania W zaworze bezpośredniego działania olej pod ciśnieniem w przyłączu P-A działa na powierzchnię czynną grzybka 1 dociskanego do gniazda 3 spręŝyną 2 (rys.1). Rys.1. Zasada działania zaworu maksymalnego, jednostopniowego, wzniosowego: 1 grzybek, 2 spręŝyna, 3 gniazdo, P-A przyłącze wysokiego ciśnienia, T przyłącze do zbiornika [6] 3

4 W chwili gdy siła hydrostatyczna działająca na grzybek przekroczy siłę napięcia spręŝyny, następuje uniesienie grzybka i otwarcie przepływu P T. UmoŜliwia to odprowadzenie nadmiaru cieczy do zbiornika, co powinno doprowadzić do zmniejszenia ciśnienia i zamknięcia się zaworu pod warunkiem, Ŝe ustała przyczyna przyczyną przeciąŝenia układu. JeŜeli przyczyna będzie nadal istnieć, zawór pozostanie otwarty, a ciśnienie przyjmie średnią wartość wynikającą z nastawienia napięcia wstępnego spręŝyny 2. Zawory jednostopniowe budowane są dla natęŝeń przepływu dochodzących do wartości 330 [dm 3 /min]. Schemat budowy zaworu maksymalnego jednostopniowego, przeznaczonego do montaŝu w gnieździe gwintowanym bloku sterującym układu hydrostatycznego (tzw. wersja nabojowa) pokazano na rys.2. SpręŜyna 3 dociska grzybek 5 do gniazda 6. Siłę spręŝyny, a więc ciśnienie otwarcia zaworu, moŝna nastawić pokrętłem 4. JeŜeli siła pochodząca od ciśnienia w przyłączu P przekroczy siłę od spręŝyny 3, to grzybek 5 podniesie się otwierając drogę przepływu P T. Otwarcie tej drogi umoŝliwia odprowadzenie nadmiaru cieczy do zbiornika i zabezpieczenie układu. Tłumik 7 słuŝy do zmniejszenia amplitudy pulsacji ciśnienia, wywołanej oddziaływaniem układu drgającego grzybek 5 i spręŝyna 3. Rys.2. Schemat zaworu maksymalnego, jednostopniowego, wzniosowego, sterowanego sygnałem wewnętrznym: 1 blok sterujący, 2 tuleja zaworu, 3 spręŝyna, 4 pokrętło, 5 grzybek, 6 gniazdo, 7 tłumik drgań grzybka [6] Zasada działania zaworu przelewowego pośredniego działania Dla natęŝeń przepływu, dochodzących do 650 [dm 3 /min] stosuje się zawory dwustopniowe. Ich zaletą są niewielkie wymiary gabarytowe oraz moŝliwość dodatkowego zdalnego sterowania za pomocą rozdzielacza. W zaworach pośredniego działania zasadniczy człon sterujący (drugi stopień) uruchamiany jest dopiero wówczas, gdy zadziała zawór wstępny (pierwszy stopień). Zasadę działania zaworu maksymalnego, dwustopniowego, suwakowego pokazano na rys.3. 4

5 Rys.3. Zasada działania zaworu maksymalnego, dwustopniowego, suwakowego: 1 zawór wstępny wzniosowy, 2 zawór główny suwakowy, 3 suwak, 4 spręŝyna o małej sztywności, 5 spręŝyna o sztywności dostosowanej do ciśnienia pracy zaworu, 6 dysza, 7 grzybek, 8, 9 komory, P przyłącze wysokiego ciśnienia, T przyłącza do zbiornika [6] Ciecz z przyłącza P dopływa do komór 8 i 9. Ciśnienie cieczy działa na obie powierzchnie czołowe suwaka 3 oraz grzybek 7. Dopóki siła spręŝyny 5 jest większa od siły pochodzącej od ciśnienia cieczy, to grzybek 7 jest dociskany do swojego gniazda, a zawór wstępny 1 jest zamknięty. Wówczas suwak 3 pod działaniem spręŝyny 4 jest przesunięty w prawo i odcina drogę przepływu P T. JeŜeli ciśnienie w przyłączu P wzrośnie powyŝej wartości nastawionej za pomocą spręŝyny 5, to grzybek 7 otwiera drogę przepływu z komory 8 do zbiornika. Spadek ciśnienia cieczy w komorze 8, spowoduje pod działaniem ciśnienia cieczy w komorze 9 przesunięcie suwaka 3 w lewo i otwarcie drogi przepływu P T. UmoŜliwia to odprowadzenie nadmiaru cieczy do zbiornika i zabezpieczenie układu przed nadmiernym wzrostem ciśnienia. Zadaniem zwęŝki 6 jest niedopuszczenie do całkowitego spadku ciśnienia w komorze 9. Przykład budowy zaworu dwustopniowego pokazano na rys.4. Rys.4. Schemat zaworu maksymalnego, dwustopniowego, suwakowego, sterowanego sygnałem wewnętrznym : 1 grzybek, 2 suwak, 3.1, 3.2, 3.3 dysze, 4 komora, 5 spręŝyna o sztywności wynikającej z ciśnienia otwarcia, 6 filtr siatkowy, 7 spręŝyna o małej sztywności, 8 komora, 9 kanał odprowadzenia cieczy (Y), 10 kanał doprowadzający ciecz (X), 11 przyłącze dodatkowe, P wysokie ciśnienie, T niskie ciśnienie [6] Przykładowe charakterystyki statyczne przepływowe zaworów, czyli funkcje p=f(q) pokazano na rys.5. 5

6 Rysunek 5. Charakterystyki przepływowe statyczne zaworu maksymalnego: z lewej - jednostopniowego, z prawej dwustopniowego 1.2.Zawory redukcyjne Zawór redukcyjny jest jednym z elementów sterujących ciśnieniem w układach hydraulicznych. Stosowany jest w celu ograniczenia wartości ciśnienia w gałęziach układu, w których wymagane jest ciśnienie niŝsze niŝ np. wartość ciśnienia przy której pracuje pompa. Zawory redukcyjne budowane są jako dwudrogowe lub trójdrogowe. Dwudrogowe stosowane są w układach, w których występuje konieczność zredukowania ciśnienia do wartości wymaganej w gałęziach sterujących. Trójdrogowe występują zwykle w roboczych układach hydraulicznych, w których obciąŝenie ma charakter czynny, tzn. obciąŝenie moŝe wywołać w układzie ciśnienie większe od wartości wynikającej z nastawy zaworu redukcyjnego. Zasada działania zaworu redukcyjnego Zawory redukcyjne, podobnie jak zawory przelewowe, mogą być sterowane bezpośrednio i pośrednio. Zawór sterowany bezpośrednio pokazano na rys.6. Elementem sterującym jest tłoczek 1, utrzymywany w korpusie 2 dzięki sile spręŝyn 3 w połoŝeniu wyjściowym zapewniającym przepływ z przyłącza P do przyłącza A. Do wylotu A moŝe płynąć tylko taka ilość cieczy, która będzie odbierana przez odbiornik bez podwyŝszania ciśnienia ponad ustawianą wartość. JeŜeli odbiornik nie odbiera cieczy, to następuje przemieszczenie tłoczka 1 w prawo i zamknięcie przepływu z P do A. Przy dalszym narastaniu ciśnienia w odbiorniku, np. przy działaniu sił zewnętrznych, następuje dalsze przemieszczenie tłoka 1 w kierunku spręŝyn, co powoduje odpływ cieczy przez kanały w tłoczku do zbiornika (przyłącze T) i zapobiega wzrostowi ciśnienia w przyłączu A. Rys.6. Schemat zaworu redukcyjnego, jednostopniowego, trójdrogowego: 1 suwak, 2 korpus, 3 spręŝyny, 4 kanał wewnętrznego ciśnieniowego sprzęŝenia zwrotnego, 5 zawór zwrotny [6] Do redukcji ciśnienia przyduŝych natęŝeniach przepływu stosowane są zawory sterowane pośrednio (rys.7). śądane ciśnienie wyjściowe w przyłączu A nastawia się napięciem spręŝyny 3 zaworu wstępnego stoŝkowego 7. Po przekroczeniu nastawianego ciśnienia, zawór 7 się otwiera, powodując chwilowy spadek ciśnienia nad tłokiem głównym, ustawionym początkowo w dolnym połoŝeniu dzięki sile spręŝyny 8. Ruch tłoka do góry powoduje częściowe przekrycie otworów bocznych w tłoczku, co ogranicza przepływ z B do A do takiej ilości, która nie powoduje przekroczenia nastawionego ciśnienia w przyłączu A. JeŜeli odbiornik nie odbiera cieczy, tłok główny jest zamknięty. 6

7 Rys.7. Schemat zaworu redukcyjnego sterowanego pośrednio: 1 pokrętło zaworu wstępnego, 2 - korpus, 3 spręŝyna zaworu wstępnego, 4 kanał wewnętrznego ciśnieniowego sprzęŝenia zwrotnego, 5, 6 - dysze, 7 grzybek, spręŝyna tłoka głównego [6] 2. POMIAR CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH ZAWORU PRZELEWOWEGO I REDUK- CYJNEGO. PRZEBIEG ĆWICZENIA 1) Wyznaczanie charakterystyki zaworu przelewowego - zbudować układ hydrauliczny, podłączając elementy wg schematu pokazanego na rys.8. - ustawić dławik (3) w połoŝeniu otwartym, - po uruchomieniu silnika zasilacza przesterować rozdzielacz (1), - zmierzyć parametry pracy układu: ciśnienie przed zaworem przelewowym na manometrze (4) i wydatek strumienia przepływającego przez zawór przelewowy za pomocą przepływomierza 7, - pomiary powtórzyć 10-krotnie zmieniając przekrój przepływu dławika (3) od w pełni otwartego do zamkniętego - powtórzyć pomiary w grupach 3 osobowych dla innych nastaw ciśnienia otwarcia zaworu przelewowego, -zbudować charakterystyki przepływowe p=f(q) badanego zaworu. 7

8 Rys.8. Schemat układu pomiarowego stanowiska HP202 do wyznaczania charakterystyki statycznej zaworu przelewowego: 1 - rozdzielacz G 4/3 mechaniczny z zatrzaskiem, 2 - zawór przelewowy, 3 - zawór dławiący, zawór dwudrogowy regulacji przepływu, 4 - trójnik złączny z przyłączem pomiarowym, 5 - przewody giętkie, 6 - przemiennik częstotliwości, 7 - turbina pomiarowa (Q+P+T), 8 - zawór redukcyjny, 9 - zespół napędu silnik hydrauliczny-pompa, 10 - zespół silnika hydraulicznego, 11 - rozdzielacz D 4/2 mechaniczny z zatrzaskiem [1] 2) Wyznaczanie ciśnienia otwarcia zaworu - zbudować układ hydrauliczny, podłączając elementy wg schematu pokazanego na rys.9. - po uruchomieniu silnika zasilacza przesterować rozdzielacz (1), - zmierzyć parametry pracy układu: ciśnienie przed zaworem przelewowym na manometrze (4) i wydatek strumienia przepływającego przez zawór przelewowy za pomocą przepływomierza 7, - pomiary powtórzyć 10-krotnie zmieniając nastawy zaworu, 8

9 - powtórzyć pomiary w grupach 3 osobowych dla innych nastaw ciśnienia otwarcia zaworu przelewowego, -zbudować wykres zaleŝności ciśnienia otwarcia od zmiany nastaw zaworu badanego zaworu. Rys.9. Schemat układu pomiarowego stanowiska HP202 do wyznaczania charakterystyki statycznej zaworu przelewowego: 1 - rozdzielacz G 4/3 mechaniczny z zatrzaskiem, 2 - zawór przelewowy, 3 - zawór dławiący, zawór dwudrogowy regulacji przepływu, 4 - trójnik złączny z przyłączem pomiarowym, 5 - przewody giętkie, 6 - przemiennik częstotliwości, 7 - turbina pomiarowa (Q+P+T), 8 - zawór redukcyjny, 9 - zespół napędu silnik hydrauliczny-pompa, 10 - zespół silnika hydraulicznego [1] 3) Wyznaczanie charakterystyki zaworu redukcyjnego - zbudować układ hydrauliczny, podłączając elementy wg schematu pokazanego na rys po uruchomieniu silnika zasilacza przesterować rozdzielacz (1), - zmierzyć parametry pracy układu: ciśnienie p1 przed zaworem przelewowym za pomocą (4) i ciśnienie p2 oraz wydatek strumienia za zaworem redukcyjnym przy uŝyciu przepływomierza 7, 9

10 - pomiary powtórzyć 10-krotnie zmieniając ciśnienie na zaworze przelewowym (2) - powtórzyć pomiary w grupach 3 osobowych dla innych nastaw ciśnienia otwarcia zaworu redukcyjnego (11), -zbudować charakterystyki przepływowe p=f(q) badanego zaworu Rys.10. Schemat układu pomiarowego stanowiska HP202 do wyznaczania charakterystyki statycznej zaworu redukcyjnego: 1 - rozdzielacz G 4/3 mechaniczny z zatrzaskiem, 2 - zawór przelewowy, 3 - zawór dławiący, zawór dwudrogowy regulacji przepływu, 4 - trójnik złączny z przyłączem pomiarowym, 5 - przewody giętkie, 6 - przemiennik częstotliwości, 7 - turbina pomiarowa (Q+P+T), 8 - zawór redukcyjny, 9 - zespół napędu silnik hydrauliczny-pompa, 10 - zespół silnika hydraulicznego, 11 zawór redukcyjny [1] 10

11 3. WYMAGANIA BHP Osoby biorące udział w ćwiczeniach obowiązane są: przestrzegać przepisy i zasady bezpieczeństwa i higieny pracy, zgodnie z regulaminem prac na laboratorium, wykonywać pomiary i badania w sposób zgodny z przepisami zasadami bezpieczeństwa i higieny pracy oraz stosować się do wydawanych w tym zakresie poleceń i wskazówek prowadzących zajęcia, dbać o naleŝyty stan maszyn, urządzeń, narzędzi i sprzętu oraz o porządek i ład w miejscu pracy, stosować środki ochrony osobistej, niezwłocznie zawiadomić przełoŝonego o zauwaŝonym w laboratorium wypadku albo zagroŝeniu Ŝycia lub zdrowia ludzkiego oraz ostrzec inne osoby znajdujące się w laboratorium o groŝącym niebezpieczeństwie, współdziałać z prowadzącymi w wypełnianiu obowiązków dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy. 4. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA Sprawozdanie powinno zawierać stronę tytułową, cel i zakres ćwiczenia, krótki opis wykonywanego ćwiczenia, schemat stanowiska, na którym dokonywano pomiarów, tabele i wykresy uzyskanych wyników. Końcową częścią sprawozdania winny być wnioski. 5. PYTANIA KONTROLNE - Budowa i działanie zaworu przelewowego bezpośredniego działania, - Budowa i działanie zaworu przelewowego pośredniego działania, - Budowa i działanie zaworu redukcyjnego, - Narysować charakterystykę statyczną zaworu przelewowego, - Narysować charakterystykę statyczną zaworu redukcyjnego, - Narysować schemat układu hydraulicznego napędu siłownika jednostronnego/dwustronnego działania. 6. LITERATURA 1. Instrukcja uŝytkowania stanowiska HP Instrukcja BHP stanowiska HP Karty katalogowe elementów stanowiska. 4. Stryczek S.: Napęd hydrostatyczny. Tom I i II. WNT. Warszawa, Dindorf R., Woś P.: Przetworniki i układy pomiarowe w systemach hydraulicznych i pneumatycznych. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce Vademecum hydrauliki firmy Rexroth, Tom 1 Hydraulika. Podstawy, elementy konstrukcyjne i podzespoły 11