Гидравлические клапаны

Одинаковое слово — разные функции

Гидравлический клапан выбирают по задаче в схеме: ограничить давление, снизить его в отдельной ветви, пропустить жидкость в одном направлении или удержать нагрузку. Предохранительный и редукционный клапаны нельзя взаимозаменять только потому, что оба имеют настройку в барах. Первый реагирует на давление перед собой и отводит поток; второй управляет давлением после себя, изменяя проходное сечение подводящей линии.

Аппарат	Основная функция	Важное ограничение
Предохранительный	Ограничение давления подводящей линии	Давление зависит от проходящего расхода и противодавления
Редукционный	Понижение давления в ветви	Двухлинейный вариант не обязательно снимает давление от внешней нагрузки
Обратный	Свободный поток в разрешённом направлении	Имеет давление открытия, потери и нормируемую утечку
Гидрозамок	Обратный клапан с пилотным открытием	Не является универсальным регулятором скорости опускания
Тормозной клапан	Управление движением попутной нагрузки	Требует согласования с нагрузкой, пилотом и схемой

Редукционно-предохранительный трёхлинейный аппарат может отводить жидкость из регулируемой ветви при превышении давления; это отдельная функция, которую подтверждают символом и паспортом. Обычный обратный клапан открывается от перепада, достаточного для преодоления пружины и сил потока. Давление начала открытия не равно потерям при полном рабочем расходе.

Настройка не равна постоянному давлению

Для предохранительного клапана различают начало открытия и давление при заданном расходе. С увеличением потока давление обычно изменяется по характеристике аппарата. Поэтому настройка без указания расхода, температуры и точки измерения неполна. У пилотного исполнения важны дренаж и состояние управляющего каскада. Противодавление в отводящей линии способно изменить фактическое ограничение давления; величину влияния принимают по конструкции.

При постоянном сбросе подачи через предохранительный клапан энергия переходит в тепло. Это может быть предусмотренным кратковременным режимом, но длительный простой привода не следует оценивать как отсутствие нагрузки на электродвигатель. Клапан продолжает пропускать поток, насос создаёт перепад, а охладитель должен отвести соответствующую мощность.

Условный расчёт тепла и усилия

Допустим, неподвижный цилиндр питается насосом постоянной подачи 30 л/мин, весь поток сбрасывается через клапан. Входное избыточное давление равно 160 бар, давление сливной линии — 5 бар. Перепад составляет 155 бар, гидравлическая мощность потерь Δp·Q / 600 = 7,75 кВт. Это оценка тепловыделения на данном перепаде; мощность на валу насоса будет выше с учётом его КПД. Расход задан для жидкого масла при рабочих условиях, утечки и переходные процессы не учитываются.

Если отдельная редуцированная ветвь имеет давление 60 бар и питает цилиндр с диаметром поршня 40 мм, теоретическое усилие при нулевом избыточном давлении в противоположной полости составит pA = 7,540 кН. При условном механическом коэффициенте полезного действия 0,90 доступное усилие снижается до 6,786 кН. Для реального двустороннего цилиндра сначала вычитают силу противоположной полости, затем учитывают трение; просто умножать настройку клапана на площадь недостаточно.

Удержание и открытие нагрузки

Для гидрозамка требуемое пилотное давление определяется площадями, пружиной, давлением удерживаемой полости и противодавлением. Пилотное отношение не даёт универсальной настройки для всех схем. При открытии возможны скачки движения, если нагрузка сама ускоряет исполнитель. В таком режиме нужны анализ устойчивости и аппарат управления нагрузкой, рассчитанный на эту функцию.

В проекте отдельно проверяют допустимое давление корпуса и портов, полный сбросной расход, диапазон регулирования, герметичность и совместимость с маслом. Клапан ограничения давления защищает только сообщающиеся с ним объёмы; запертая полость может требовать отдельной защиты от теплового расширения. Требования к безопасному состоянию определяются всей машиной и её документацией.

Первичные источники

Parker, Hydraulic Threaded Cartridge Valves — классы предохранительных, редукционных и пилотных клапанов
Parker, Check Valves — направление потока, давление открытия, перепад и внутренняя утечка
ISO 4413:2010 — общие правила и требования безопасности гидравлических систем