Распределительные устройства

Распределительные устройства предназначены для направления пото­ка жидкости к рабочим полостям силовых агрегатов, чтобы предохра­нять агрегаты и трубопроводы системы от повышения давления сверх допустимого, а также регулировать доступ жидкости к агрегатам. Основ­ные конструктивные узлы распределителя бывают трех типов: клапан­ные, золотниковые и крановые.

В клапанном распределителе направление потока жидкости к рабо­чим агрегатам осуществляется путем открытия проходного отверстия клапаном (конусным, тарельчатым, шариковым) под действием усилия, необходимого для перемещения клапана.

Клапаны:

а - сострой кромкой седла; б - с конусным седлом; в - эпюры давлений

Золотниковые распределительные устройства получили наиболее широкое распространение, так как они уравновешены по отношению к действию статических сил давления жидкости и обладают малым трением. Рабочим элементом распределителя является цилиндрический плунжер с кольцевыми проточками и поясками, который перемещается в осевом направлении во втулке, имеющей окно для подвода и отвода жидкости.

Схемы четырехходовых золотниковых распределителей:

а - с электрическим приводом; б - с ручным приводом; в - в следящих сис­темах; 1, 4 - пояски для разгрузки плунжера; 2 - канал слива; 3 - канал под­вода давления; 5 - плунжер; 6 - рабочий цилиндр (двигатель), plf рг, р0, Рн -давления в полости цилиндра, слива, нагнетания

Золотниковый распредели­тель с серводействием: 1 — двигатель; 2 — вспомогатель­ный золотник малого сечения; 3 — распределительный золотник.

Золотниковые распределители с серводействием применяются в тех случаях, где необходимы малые усилия для приведения в действие исполнительных механизмов, так как силы трения в золотниках значи­тельны. В этом случае между задающим устройством и распределитель­ным золотником устанавливают усилительное звено, которым служит вспомогательный золотник.

Предохранительные клапаны тоже относятся к распределительным устройствам: конструкция предохранительного клапана позволяет при повышении давления сверх установленного регулировкой перепускать рабочую жидкость из магистрали высокого давления в сливную магист­раль. По своему назначению клапаны могут быть предохранительными и переливными.

Предохранительный клапан работает эпизодически, пе­реливной клапан поддерживает предельное рабочее давление в системе и работает постоянно.

Принцип действия этих клапанов основан на взаимодействии двух противоположно направленных сил, действующих на клапан, — силы давления рабочей жидкости и силы, противодействующей, от сжатой пружины (противовеса или противодавления). Если сила затяжки пру­жины больше силы давления рабочей жидкости, то клапан закрыт. Если давление жидкости больше сил затяжки пружины, клапан отрывается от седла и часть рабочей жидкости вытекает в сливную магистраль че­рез зазор между клапаном и седлом клапана. Схемы предохранитель­ных клапанов показаны на рис

Схемы предохранительных клапанов:

а - шариковый, б- тарельчатый; в - плунжерный

Дроссельные устройства применяются для регулирования скоростей выхода поршня. Они создают сопротивление перетеканию жидкости, ог­раничивая таким образом расход жидкости, поступающей к гидроци­линдру. Величина ограничения расхода жидкости зависит от сопротивле­ния, создаваемого дроссельным устройством.

Наиболее простым является пластинчатый дроссель, в котором имеется малое отверстие с острой кромкой. Такое отверстие создает местное сопротивление. Для уменьшения толщины дроссельных кромок дроссель выполняется в виде шайбы с конусным входом, при этом тол­щина дроссельных кромок может быть доведена до 0,2 ... 0,5 мм. При такой толщине кромок вязкое сопротивление становится ничтожно ма­лым по сравнению с сопротивлением местных потерь при внезапном расширении канала и практически не зависит от вязкости жидкости.

Фильтрация жидкостей

Рабочие жидкости загрязняются продуктами изнашивания деталей гидравлических агрегатов, продуктами окисления масла и посторон­ними частицами, попадающими в масло извне.

Продукты изнашивания деталей гидроагрегатов представляют со­бой мелкие частицы металлов, окислов, резиновых уплотнений. Посто­ронними частицами являются абразивные частицы и волокна тканей. Продукты окисления масла находятся в жидкости в виде вязких вклю­чений, часть из них растворяется в масле, изменяя ее вязкость, часть — продолжает оставаться во взвешенном состоянии.

Нерастворимые и растворимые продукты загрязнения снижают срок службы гидроагрегатов — механические частицы вызывают их изнашива­ние вследствие абразивного действия, волокна и вязкие включения за­купоривают дроссельные каналы и щели; растворимые продукты заг­рязнения повышают степень изнашивания, понижая смазывающие ка­чества масла, а также вызывая коррозию.

Очистка жидкостей от механических частиц, волокон и вязких включений может производиться фильтрующими устройствами. Раство­римые загрязнения удалять невозможно, поэтому рабочая жидкость периодически заменяется.

Загрязнение масла в самолетных гидросистемах обычно не превы­шает 0,02 см3/л (0,0002 % по объему). Концентрация загрязнения в мас­ле АМГ-10 в состоянии поставки по ГОСТ 6794-75 допускается от 0,00088 до 0,0013%.

Под фильтром понимается устройство, в котором от жидкости от­деляются взвешенные частицы вследствие различных размеров этих частиц и проходных капиллярных каналов фильтрующего материала. В качестве фильтрующего материала применяются металлические сет­ки, пакет из тонких металлических пластин, пористые металлы и пласт­массы, а также различные ткани, войлок, бумага и т.д.

Эти фильтрующие материалы различаются по тонкости фильтра­ции и пропускной способности.

Распространенными типами фильтров являются проволочные, плас­тинчатые, металлокерамические. Фильтры условно разделены на две группы: грубой очистки, которые задерживают частицы свыше 10 мкм, и тонкой очистки, которые задерживают частицы размером 10 мкм и меньше.

Пневматические системы

Назначение газовых систем

Самолеты имеют большое число различных под­систем механизации управления взлетом и посадкой, обеспечения жизнедеятельности экипажа, создания условий работы оборудования, которые нуждаются в автономных бортовых источниках энергии. Од­ним из таких источников энергии является сжатый газ (воздух, азот и др.) в баллонах, расположенных в самолете. Такой источник энер­гии имеет ряд преимуществ перед другими по определяющим пара­метрам.

1.Высокий уровень потенциальной энергии, готовый к действию независимо от других видов энергии. Энергия сжатого газа использу­ется как на земле так и в полете. На земле — для управления и тор­можения самолета при его перекатке, механизации работ (открытия фонаря, грузовых люков и т.д.). Баллоны заряжаются газом под дав­лением 15...35 МПа.

2.Высокая силовая напряженность газовых систем. Рабочее дав-цение в сети до 35 МПа.

3.Быстродействие газовой системы достаточно высокое. Оно оп­ределяется в основном длиной трубопроводных магистралей.

4.Полная пожаробезопасность.

В газовых системах самолетов при давлении 15 МПа применяет­ся воздух, при больших давлениях до 35 МПа — азот.

Обычно в газовых системах используются сухие газы, очищен­ные от механических примесей во избежание засорения системы ме­ханическими частицами, что может вызвать нарушение герметичнос­ти клапанов. Наличие влаги внутри системы может привести к кор­розии, а главное — к образованию льда при понижении температуры газа ниже 0°С за счет его расширения при снижении давления или за счет охлаждения окружающей средой.

Вместимость баллонов сжатого газа определяется теми задачами, которые выполняет газовая система. Для повышения компактности газ находится в нескольких круглых баллонах, соединенных общей газовой магистралью. Для повышения надежности газовая система разделяется на полностью автономные подсистемы со своими балло­нами и исполнительными механизмами. Это относится к аварийным системам, выполняющим часть функций основной системы, при пол­ном отказе основной системы.

Обычно баллоны заряжаются сжатым газом от наземных стацио­нарных или перевозочных установок, но на больших самолетах име­ется иногда автономный компрессор для подачи давления к газовым системам, который имеет привод от двигателей или от электрической сети самолета.

Контроль за наличием газа в баллонах осуществляется манометра­ми, установленными в кабине летчика и других местах, удобных для обзора техническим персоналом. Герметичность кранов и клапанов должна быть очень высокая, чтобы избежать потерь сжатого газа в полете, после срабатывания агрегатов системы при взлете или в полете. Обычно применяются электроклапаны кратковременного дей­ствия, которые по электрическому сигналу открывают доступ сжа­того газа к исполнительному механизму, а после срабатывания меха­низма электрокран вновь перекрывает подачу газа.

Преобразование энергии давления газа в механическую работу обычно происходит в пневматических цилиндрах, в которых сжатый газ преодолевает противодействие на штоке поршня внешних нагру­зок и сил трения соединения поршня с цилиндром. Так как в отли­чие от жидкости газ сжимаем, то ход поршня пневмоцилиндра рав­номерным получить нельзя. Скорость хода штока пневмоцилиндра будет определяться скоростью заполнения цилиндра газом, противо­давлением со стороны штока и силами трения в цилиндре. Силы тре­ния покоя больше силы трения движения, поэтому даже при медлен­ной подаче газа поршень будет перемещаться рывками, неравномер­но, в отличие от гидроцилиндра, в котором скорость движения пор­шня зависит только от скорости заполнения жидкостью цилиндра. Поэтому в газовой системе все цилиндрово-поршневые механизмы имеют только два рабочих фиксированных положения: убрано или выпущено.

Роторные механизмы не применяются из-за ограниченного запа­са газа на самолете.

Сжатый газ в системе редуцируется до нужного давления, при котором работает потребитель, при необходимости газ редуцируется на изменяемое по величине давление для управления каким-либо про­цессом, например торможением колес.

Сжатый газ используется в силовых механизмах, а также для других целей.

Сжатый азот применяется для заполнения надбакового простран­ства в целях недопущения взрывоопасной концентрации паров топ­лива с кислородом воздуха. Эта проблема особенно важна для сверх­звуковых самолетов, где корпус самолета, а следовательно, и топли­ва в баках подвергаются аэродинамическому нагреву, кроме того, соседство топливных баков с двигателями также приводит к нагре­ву топлива и повышению взрывоопасности.

Сжатый газ применяет­ся для поддавливания радиоблоков; повышения высотности работы радиооборудования; поддавливания гидробаков в целях предотвра­щения кавитации гидронасосов; заполнения шлангов герметизации откидной части фонаря, люков и т.д.; выдавливания антиобледенительной жидкости в зону образования льда и т.д.

Массовая отдача электрических аккумуляторов составляет 0,01 кг/кВт, в то время как массовая отдача заряженных газовых балло­нов составляет 0,5 кг/кВт, т.е. запасенной энергии на 1 кг массы в электрических аккумуляторах значительно больше, чем в газовых баллонах. Но исполнительные механизмы газовых систем — пневмоцилиндры значительно легче и дешевле исполнительных электроси­ловых приводов, поэтому массовая отдача системы с аккумулирован­ной энергией сжатого газа и исполнительными механизмами в виде пневмоцилиндров выше, чем электрической системы с аккумулято­рами и электромеханическими исполнительными механизмами. Кроме того, баллоны и пневмоцилиндры просты в эксплуатации и дешевле при изготовлении.

Все это создало условия для широкого применения газовой сис­темы на самолете в качестве энергетической системы, обеспечиваю­щей работы механизмов при неработающих двигателях. Автономность газовой системы обусловила ее применение в качестве дублирующей и аварийной систем, повышающих надежность самолета. Заправку газовых систем самолета производят азотом или воздухом, отвеча­ющим техническим данным. Азот газообразный по ГОСТ 9293-74 получается из атмосферного воздуха способом глубокого охлажде­ния. Газообразный азот - инертный газ без цвета и запаха, плотностью 1,250 кг/м³ при 0°С и давлении 101,3 кПа. Объемная доля кислоро­да не более 1%. Массовая концентрация водяных паров в газообраз­ном азоте при 20 °С и 101,3 кПа не более 0,02 г/м³, что соответству­ет осушенности до точки росы — 35°С и ниже, замеренной при давле­нии 15 МПа и выше. Сжатый воздух получают из атмосферного, очи­щают и осушают до точки росы, как и азот газообразный.