Редукционный клапан прямого действия ZRD-6D

курсач.docx

Разработка и проектирование редукционного клапана. Челябинск: ЮУрГУ П – 457; 2018 18 с. 1 илл. библиогр. список 4 наим. 1 лист ф. А2. лист ф. А3. 2 лист ф. А4.
Разработан редукционный клапан прямого действия ZRD-6D золотник и пружина.
Построена математическая модель клапана в программе «SOLIDWORKS 2012» проведена проверка на возможные кавитационные зоны.
Спроектирован редукционный клапан. Выполнены чертежи деталей.
Схема редукционного клапана прямого действия.6
1. Конструкция клапана6
2. Исходные данные для проектирования7
Основные расчеты конструктивных параметров.8
1. Определение основных параметров клапана.8
2. Определение усилий перемещения клапана.10
Расчет пружины главного клапана11
Библиографический список.16
Редукционные клапана используются для изменения выходного давления (давления гидродвигателя) в отличие от предохранительных клапанов ограничивающих уровень входного давления (давления насоса).
Редуцирование входного давления или поддержание выходного давления достигается путем настройки клапана которая ниже чем возможные изменения давления в главной системе циркуляции.
В соответствии с назначением редукционные клапаны не позволяют выходному давлению повышаться сверх определенного уровня. Выходное давление воздействует на торец запорного элемента (золотникового или седельного) и создает усилие которое сравнивается с заранее установленным усилием регулировочной пружины. Если гидравлическая сила превосходит усилие пружины золотник смещается вверх в направлении закрытия дросселирующей щели. В установившейся позиции усилия на золотнике уравновешены. Дросселирующая щель независимо от расхода и входного давления обеспечивает стабилизацию выходного давления.
В основном известны два типа редукционных клапанов: прямого и непрямого действия.
Редукционные клапаны прямого действия в основном изготавливают в трехлинейном исполнении т.е. элемент настройки обеспечивает безопасность во вторичной цепи. Выбор элемента настройки (вращающийся маховичок установочный винт с шестигранной головкой защитный колпачок или запираемый лимб) зависит только от индивидуальных обстоятельств и требований заказчика.
Для редуцирования больших потоков жидкости применяют редукционные клапаны непрямого действия.
Как и в предохранительных клапанах непрямого действия к пружинной полости основного плунжера подключается предохранительный клапан прямого действия. Этот вспомогательный клапан (пилот) является измерительным элементом в этой системе.
Желаемое выходное давление устанавливается пружиной пилотного клапана.
Таким образом при помощи редукционного клапана можно выполнить следующие задачи:
Снижение давления в одной из частей гидросистемы до уровня который ниже системного давления
Поддержание давления на постоянном уровне
Ограничение давления (только для трехлинейных клапанов)
Схема редукционного клапана прямого действия.
Регулирующий гидроаппарат – гидроаппарат управляющий давлением расходом и направлением рабочей жидкости путем частичного открытия рабочего проходного канала.
Редукционный клапан прямого действия – регулирующий гидроаппарат в котором размеры рабочего проходного сечения изменяются пропорционально разности между переменным давлением на входе и постоянным на выходе тем самым поддерживая разность постоянной.
1. Конструкция клапана
Клапаны типа ZDR 6 D представляют собой редукционные клапаны прямого действия в виде промежуточной плиты трехлинейного исполнения т.е. они имеют предохранение по давлению во вторичном контуре. Эти клапаны предназначены для понижения давления в системе. Эскиз клапана ZDR 6 D представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Эскиз трехлинейного редукционного клапана ZDR 6 D.
Редукционный клапан состоит из корпуса 1 управляющего поршня 2 пружины сжатия 3 и регулировочного устройства 4 с помощью которого проводится настройка по давлению.
На исходной позиции клапан открыт; рабочая жидкость беспрепятственно течет из канала А1 в А2. Давление в канале А2 действует одновременно через канал управления 5 на площадь поршня находящуюся напротив пружины сжатия 3. Когда давление канале А2 превышает установленную на пружине сжатия 3 величину поршень 2 перемещается в рабочее положение и поддерживает давление в канале А2 на постоянном уровне.
Управляющее масло поступает внутренним путем через линию управления 5 из канала А2.
Если давление в канале А2 увеличивается под воздействием внешних сил на потребитель управляющий поршень 2 под влиянием давления будет перемещаться еще дальше в направлении пружины сжатия 3.
Вследствие этого канал А2 соединяется через управляющую кромку 9 на управляющем поршне 2 с баком ТВ. В бак стекает столько рабочей жидкости что давление больше не повышается.
Дренаж из полости пружины 7 осуществляется всегда наружу через канал Т(Y). Манометр подключаемый в точке 8 обеспечивает контроль давления во вторичном контуре клапана.
2. Исходные данные для проектирования
Рабочее давление настройки клапана:
рн = 150 бар = 15 МПа.
Основные расчеты конструктивных параметров.
1. Определение основных параметров клапана.
Условный проход редукционного клапана определяем по допустимой скорости движения жидкости во входном канале:
где Q – номинальный расход лмин
dусл – диаметр условного прохода мм;
v – допустимая скорость (в пределах 5 7 мс).
Найдем диаметр условного прохода dусл из формулы (1):
По ГОСТ 28338-89 примем dусл = 15 мм.
Площадь рабочего проходного сечения определяется по формуле:
Ход золотника зависит от площади проходного сечения входных отверстий. Исходя из эскиза примем количество входных отверстий z = 4. Определим их площади и диаметры:
Диаметр шейки золотника выбирается из соображения равенства сечения рабочего окна и сечения образованного проточкой золотника (dз = dусл). Диаметр шейки золотника (dшз) должен обеспечить достаточную жесткость всего золотника обеспечивается выполнением следующего условия:
Из условия (3) найдем диаметр шейки золотника:
Определим высоту подъема золотника. Расход жидкости через дросселирующее отверстие определяется по формуле:
где – коэффициент расхода на рабочей щели золотника (~07 072 для редукционного клапана) [1];
Δр – перепад давления на золотнике МПа;
h – высота подъема (ход) золотника мм;
– угол конусности (у золотника он равен 90).
Для нашей системы выберем масло ИГП – 49 со следующими характеристиками:
= 49 мм2с (при t = 50 ºС). Режим течения жидкости в щели принимаем турбулентным [1].
Найдем высоту подъема золотника из формулы (4):
Зависимость площадей щели и золотника (открытие щели клапана) выражается как:
Условие открытия щели выполняется.
Рассмотрим случай перемещения золотника в конечное его положение – в таком случае весь расход уходит в сливной бак клапан начинает действовать как предохранитель. Перепад давлений в этом случае уменьшается на 10 15 МПа.
Рассчитаем полный ход золотника из формулы (4) с учетом уменьшения перепада давления:
2. Определение усилий перемещения клапана.
Условие равновесия редукционного клапана определяется силой пружины необходимой только для возвращения клапана в исходное состояние:
где – сила оказываемая пружиной на клапан Н;
– сила давления жидкости на запорно-регулирующий элемент (ЗРЭ) клапана Н.
Сила давления на ЗРЭ находится по формуле:
где – коэффициент силы принимаемый в зависимости от отношения [2]. В нашем случае =086;
– перепад давления на дросселирующей щели. 005·pн = 075 Мпа.
Найдем силу давления на ЗРЭ по формуле (7):
Расчет пружины главного клапана
Определим жесткость пружины из формулы:
где Х0 – предварительное поджатие пружины. По зависимости характеристики открытия золотникового клапана от расхода примем Х0=13 мм [2].
Спр – жесткость пружины Нм;
Fпр– сила пружины при рабочей деформации.
Найдем жесткость витка пружины из формулы (8):
Определим силу пружины при предварительной деформации по формуле:
Поскольку пружина работает в основном на сжатие и имеет циклическое нагружение то она является пружиной I класса. В этом случае выносливость пружины NF =1·107.
Сила пружины при максимальной деформации находится по формуле:
где - относительный инерционный зазор. Для пружин I класса =005 025
Найдем силу пружины при максимальной деформации используя формулу (9):
В интервале для пружин I класса по ГОСТ 13766-86 имеются следующие рекомендованные значения: 265; 28; 30; 315; 335. Исходя из стремления обеспечить наибольшую критическую скорость останавливаемся на витке со следующими данными: номер позиции 247
сила пружины при максимальной деформации Fmax = 30 H
диаметр проволоки d = 12мм
наружный диаметр пружины D1=15 мм
наибольший прогиб одного витка .
Для пружин I класса норма напряжения рассчитывается по формуле:
где Rm – временное сопротивление проволоки. По ГОСТ 1071-81 для проволоки из углеродистой стали Rm = (1860 2010) Нмм2
Проверим принадлежность пружины к I классу. Найдем критическую скорость пружины:
где F2 – сила пружины при рабочей деформации (соответствует наибольшему принудительному перемещению подвижного звена в механизме) Н;
F3 – сила пружины при максимальной деформации Н;
G – модуль сдвига Мпа. Для пружинной стали G = 785·104 ;
ρ – динамическая плотность материала Нс2м4. Для пружинной стали ρ = 8000.
Для принадлежности пружины к I классу она должна соответствовать условию:
где vmax – наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении мс.
Условие (11) выполняется. Его выполнение так же говорит о том что соударения витков пружины не происходит.
Определим число витков в пружине по формуле:
где λ2 – деформация пружины.
Число витков в пружине:
При учете неработающих витков
Жесткость одного витка определяется по формуле:
Найдем жесткость одного витка по формуле (13):
Максимальное касательное напряжение при кручении определяется как:
где К=095 – коэффициент учитывающий кривизну витков;
Т – крутящий момент Н·м;
- полярный момент Н·м.
Определим касательное напряжение по формуле:
Полярный момент определяется по следующей формуле:
Найдем полярный момент по формуле (16):
Рассчитаем максимальное касательное напряжение при кручении по формуле (13):
Условие выполняется.
В результате расчетов получили пружину сжатия и растяжения I класса 1 разряда по ГОСТ 13771-86. Номер пружины 247 d=12 мм D=15 мм. Материал проволоки: Сталь 60С2А ГОСТ 14959-79.
Деформации (si) и длины (li) пружины вычислим по формулам:
где F1 = Fподж; F2 = Fпр; F3 = Fmax.
где n1 – число витков в пружине n3 – число неработающих витков.
Шаг пружины (ti) определим по следующей формуле:
Расчет пружины окончен.
В ходе курсового проекта были выполнены следующие поставленные задачи:
) Был разработан редукционный клапан прямого действия ZRD-10 золотник и пружина.
) Построена математическая модель клапана в программе «SOLIDWORKS 2012»проведена проверка на возможные кавитационные зоны.
) Спроектирован редукционный клапан. Выполнены чертежи деталей.
Библиографический список.
Башта Т.М. Руднев С.С. Некрасов Б.Б. «Гидравлика гидромашины и гидропривод». Учебник для машиностроительных вузов. 2-е изд. перераб. – М.: Машиностроение 1982. 423 стр.
Данилов Ю.А. Кирилловский Ю.Л. «Аппаратура объемных гидроприводов: Рабочие процессы и характеристики». – М.: Машиностроение 1990. 272 стр.
Экснер Х. Р. Фрейтаг. «Гидропривод. Основы и компоненты». Учебник по гидравлике том 1. 2-е изд. перераб. – Эрбах: Бош Рексрот АГ 2003. 317 стр.
Анурьев В.И. «Справочник конструктора-машиностроителя Т3». 8-е изд. перераб. – М.: Машиностроение 2001. 864 стр.

пружинка.cdw

n - число рабочих витков.
- число витков полное.
- длина пружины в свободном состоянии.
- длина пружины под нагрузкой до соприкосно-
- нагрузка до соприкосновения витков.
Направление навивки - правое.
Крайние витки пружины поджать и сошлифовать на
окружности с 2-х сторон.
Маркировать обозначение исполнения на бирке.
Проволока кл. I ГОСТ 13766-86

Отчет SolidWorks FloXpress (скорость).doc

Отчет SolidWorks FloXpress
Имя модели: G:КУРСОВЫЕРедниковСборка1.SLDASM
Давление среды: 101325.00 Pa
Температура: 293.20 K
Объемный расход в выпускном отверстии 1
Мощность потока: 0.0008 m^3s
Максимальная скорость

Золотник _ П-457.26570.02..cdw

Технческие требования:
Твердость HRC 40-45.
Неуказанные радиусы скругления R1
Неуказанная шереховатость
Сталь 45 ГОСТ 1050-74

Сборка _ П-457.26570.00 СБ.cdw

Технические требования
Редукционный клапан испытать гидравличес-
Все реьзьбовые соединения испытываемые дав-
устанавливать с подмоткой льна.
При гидравлическом испытании течь в резьбо-
вых соединениях не допускается.
После проведенных испытаний положение регу-
лировочного винта должно быть опломбировано.

Сборочный исправленный.cdw

Редукционный клапан испытать гидравличес-
Все резьбовые соединения
устанавливать с подмоткой льна.
При гидравлическом испытании течь в резьбо-
вых соединениях не допускается.
После проведенных испытаний положение регу-
лировочного винта должно быть опломбировано.

spec.spw

ЮУрГУ.П-457.26570.00
ЮУрГУ.П-457.26570.СБ
ЮУрГУ.П-457.26570.01
ЮУрГУ.П-457.26570.02
Крепление под манометр
Регулировочное устройство 1
Корпус регулировочного
Пружина ГОСТ 13766-86
Кольцо уплотнительное

Отчет SolidWorks FloXpress.doc

Отчет SolidWorks FloXpress
Имя модели: G:КУРСОВЫЕРедниковСборка1.SLDASM
Давление среды: 1.50e+07 Pa
Температура: 293.20 K
Объемный расход в выпускном отверстии 1
Мощность потока: 0.0008 m^3s
Максимальная скорость