ЗОЛОТНИКОВЫЕ ГИДРОУСИЛИТЕЛИ

По ГОСТ 17752 - 81 дросселирующий распределитель – это гидроаппарат (пневмоаппарат), предназначенный для управления расходом и направлением потока рабочей среды в нескольких линиях одновременно в соответствии с изменением внешнего управляющего воздействия. Большинство отечественных ученых в области гидроавтоматики называют такие распределители золотниковыми гидроусилителями. Будем в дальнейшем придерживаться термина "золотниковый гидроусилитель", применяя термин "дросселирующий распределитель" в тех случаях, когда будет необходимость в различении аналоговых и дискретных распределителей.

Рис. 8.11

Золотниковые гидроусилители классифицируются по количеству рабочих щелей в золотнике: одно-, двух- и четырехщелевые (рис. 8.11). Число рабочих щелей определяется условиями работы усилителя. Увеличение их создает трудности в изготовлении, наладке и удорожает гидроусилитель.

Однощелевой дросселирующий распределитель представлен на рис. 8.11, а, б. Цилиндрический золотник 1 монтирован в корпусе 2, имеющем проточку 3. Один из торцов проточки и торец золотника образуют рабочую щель h₀(управляемый дроссель), величина которой может изменяться в соответствии с управляющим воздействием x Пропорционально величине щели меняется и расход через щель:

Q = m p d { h₀+ x sign x}( 2 g ( p1 - p2) / g )0,5,

где d - диаметр золотника; h - перемещение золотника, пропорциональное x ; sign x - функция, учитывающая направление сигнала x , (sign x = 1- при направлении x по стрелке, sign x = –1 - при направлении x против стрелки); ( р₁– р₂ ) -перепад давлений на рабочей щели. Управляющее воздействие x может быть механическим, электрическим и гидравлическим Двухщелевой золотниковый усилитель (рис. 8.11, в) позволяет управлять не только величиной потока, но и его направлением. Одна из возможных схем питания и соединения с потребителем показана на рис. 8.12. При полном перекрытии правой рабочей щели усилителя подача масла в поршневую камеру по линии 1 - 2 прекращается и поршень быстро движется влево. Если золотник переместить вправо так, что левая рабочая щель будет перекрыта, то гидроцилиндр соединится по дифференциальной схеме и поршень быстро переместится вправо. Очевидно, между этими крайними положениями есть позиция золотника, соответствующая нулевой скорости поршня цилиндра. От этой позиции до крайних каждому положению золотника соответствует определенная скорость поршня.

Рис. 8.12

Схемы четырехщелевых золотниковых усилителей (рис. 8.11, г-е) отличаются отношением длины пояска золотника к длине расточки втулки - величиной перекрытия щели. По этому параметру различают золотниковые усилители с нулевым перекрытием (рис. 8.11, г) с отрицательным перекрытием (рис. 8.11, д) с положительным перекрытием (рис. 8.11, е).

Золотниковые усилители с нулевым перекрытием имеют минимальные утечки через рабочие щели в среднем положении золотника, линейную зависимость площади щели от смещения золотника, высокую чувствительность, но они дороги в изготовлении. Положительное перекрытие позволяет устранить утечки масла через рабочие щели в среднем положении золотника, однако приводит к появлению зоны нечувствительности. Величина перекрытия не превышает величины радиального зазора между втулкой и золотником.

Гидроусилители с отрицательным перекрытием обладают высокой чувствительностью и повышенными утечками масла через рабочие щели в среднем положении золотника. Величина h щели составляет несколько микрометров. Такие усилители проще в изготовлении, поэтому применяются чаще.

Золотники четырехщелевых усилителей могут иметь и четыре пояска с подводом масла в среднюю или крайние проточки (рис. 8.13). Такие золотники применяются в пропорциональных гидроаппаратах фирмы MOOG.

Рис. 8.13

По форме поперечного сечения золотника различают усилители с цилиндрическим и плоским золотником. Цилиндрические золотники обеспечивают простоту подгонки сопряженных поверхностей и уравновешивание гидростатических сил. Радиальный зазор в золотниковых парах гидроусилителей 6...15 мкм. С уменьшением радиального зазора уменьшаются утечки, но увеличивается вероятность засорения зазора и заклинивания золотника.

Гидроусилитель с плоским золотником состоит из плоского золотника (поворотного диска), помещенного между распределительной плитой и опорной пятой, поворачивающегося на некоторый угол вокруг оси. При попадании механических включений на рабочие поверхности золотник, преодолевая силу пружины, отжимается от корпуса. Масло уносит механические включения, а золотник вновь герметично соединяется с опорной пятой. Ввиду ряда недостатков плоские золотники в гидроаппаратах применяются реже, чем в пневмоаппаратах.

Цилиндрические золотники конструктивно отличаются формой концевых шеек (поясков), направляющих и облегчающих движение золотников. На концевых поясках золотников, показанных на рис. 8.13, выполняются разгрузочные канавки сечением от 0,25 х 0,25 до 0,5 х 1.0 мм, в зависимости от диаметра золотника. Неуравновешенная гидростатическая сила при наличии одной канавки уменьшается на половину, а при 6...7 канавках - до 5...8% ее значения на том же плунжере, не имеющем канавок. Уменьшение радиальных гидростатических сил достигается соединением окна во втулке и среднего пояска золотника с напорной, а окон у концевых поясков - со сливной гидролинией.

Эффект самоцентрирования золотников достигается и при выполнении концевых шеек с лысками. Таким золотникам в процессе работы необходимо сообщать осциллирующие перемещения.

Золотники могут монтироваться либо непосредственно в корпус гидроусилителя, либо в промежуточную цельную или наборную втулку. Установка золотника непосредственно в корпус обеспечивает компактность гидроусилителя, но создает определенные трудности при изготовлении и доводке. Наличие цельной втулки обеспечивает высокое качество работы усилителя и удобство доводочных работ. Наборная втулка, составленная из колец, расположенных на определенных, точно выдержанных расстояниях обеспечивает максимальный расход усилителя, но требует притирки золотника в сборе с корпусом.

Рис. 8.14

Статические характеристики четырехщелевого гидроусилителя определяются по уравнениям, составленным в соответствии с расчетной схемой рис. 8.14:

Q1= m p d {h0+ h }( 2 g ( pп - p1) / g )0,5, (8.3)

Q2= m p d {h0+ h }( 2 g (2p2 - p3) / g )0,5,

где Q1, Q2- расход масла через открытые щели 1 и 3; р₁ и р₂ - давления в напорной и сливной линиях потребителя, с которым работает гидроусилитель; р_П, р₃ - давление питания и давление в сливной линии усилителя; m - коэффициент расхода, определяемый экспериментально, зависящий от режима течения масла через рабочую щель и конструктивных параметров золотника. В практических расчетах выбирается m = 0,57...0,65. При отсутствии нагрузки р_Н = р₁ - р₂ = 0 и h₀ = 0 из уравнения (8.3) расход

Q1= m p d h ( 2 g pп/ g )0,5= K1h , (8.4)

где К₁ = m p d ( 2 g pп/ g )0,5 - коэффициент усиления по расходу. Линейная зависимость Q(h) справедлива только для идеальных золотниковых усилителей (рис.8.15) (прямая 1). Для реальных (кривая 2) она справедлива при щелях h > 0,15 мм. Из уравнений (8.3) видно, что с увеличением давления р₁ нагрузки расход Q1 через золотник уменьшается (рис. 8.16). Это явление называется дроссельным эффектом золотниковых усилителей, так как вызвано уменьшением перепада давления на дроссельной щели. Изменение расхода при изменении нагрузки является недостатком золотниковых усилителей, поскольку приводит к снижению жесткости механической характеристики привода с гидроусилителем и вызывает скольжение гидродвигателя под действием нагрузки.

Рис. 8.15 Рис. 8.16