Распределители, их классификация, типовые схемы распределителей, обозначения на гидропневмосхемах

а) по числу подведенных внешних линий:

- двухлинейные,

- трехлинейные,

- четырехлинейные и т.д.;

СИ по количеству фиксированных или характерных позиций:

- двухпозиционные.

- трехпозиционные,

- многопозиционные;

в) по конструктивному выполнению рабочего opiaHa:

- золотниковые распределители, в которых распределение жидкости (воздуха) осу­ществляется с помощью осевого смещения цилиндрического или плоского золотника,

- клапанные распределители, в которых распределение осуществляется путем после­довательного открытия и закрытия расходных окон с помощью клапанов,

- крановые, в которых распределение осуществляется путем поворота пробки крана;

г) по принципу управления:

- распределители прямого действия, у которых внешнее управляющее воздействие приложено непосредственно к рабочему орину;

- распределители прямого действия, у которых внешнее управляющее воздействие передается на рабочий орган через дополнительное специальное устройство (сервоустройство);

д) по виду управления:

- распределители с ручным, механическим, электрическим, гидравлическим, пневматическим и комбинированным управлением;

е) по способу открытия рабочего проходного сечения:

- направляющие распределители у которых рабочий орган занимает фиксированные положения (позиции) при дискретном внешнем управляющем воздействии,

- дросселирующие распределители, у которых рабочий орган может занимать беско­нечное множество промежуточных рабочих положений, образуя дросселирующие щели. Внешнее управляющее воздействие при этом непрерывное (аналоговое).

При разработке принципиальных гидравлических и пневматических схем приняты ус­ловные графические обозначения, являющиеся едиными для любых конструкций распре­делителей (золотниковых, клапанных, крановых).Общие правила схематичного изображе­ния распределителей регламентированы ГОСТ 2781-68, согласно которому в обозначе­нии указываются следующие элементы: позиции рабочего органа, внешние линии связи, подведенные к распределителю, каналы и элементы управления. Кроме этого ГОСТ 2781-68 устанавливает сокращенное цифровое обозначение распределителя в виде дроби, в числителе которой указывают число линий (ходов), а в знаменателе число характерных позиций, например, распределитель четырехходовой трехпозиционный обозначается "4/3". Число позиций на схематическом изображении указывает соответствующим чис­лом квадратов. Проходы в распределителе изображают прямыми линиями со стрелками, показывающими направление потоков рабочей жидкости в каждой позиции, а места со­единений проходов выделяют точками. Перекрытый проход изображают тупиковой ли­нией с поперечным отрезком. Внешние линии связи всегда подводят к исходной пози­ции. При этом трубопроводы основных гидравлических и пневматических коммуникаций изображаются сплошными линиями, а трубопроводы управления — штриховыми.

Чтобы представить принцип работы распределителя в другой рабочей позиции, не­обходимо мысленно передвинуть соответствующий квадрат на место исходной позиции, оставляя линии связи в прежнем положении.

Примеры условных графических обозначений распределителей приведены в табл.1.

В гидроприводах и системах гидро- пневмоавтоматики наиболее широко применя­ются золотниковые распределители. С их помощью легко осуществить многопозиционность, они уравновешены статическими силами давления, обладают малым трением, сравнительно просты по конструкции и наиболее пригодны для систем с автоматическим и дистанционным управлением.

Вопрос.Золотниковые гидропневмораспределители, конструктивные исполнения, принцип действия, схемы перекрытий, достоинства и недостатки, характеристики, силы действующие на плунжер.

Распределитель (распределительное устройство) предназначен для управления потоком рабочей жидкости. С помощью распределителей обеспечивается направление рабочей жидкости к соответствующему исполнительному

механизму, а также осуществляется реверс гидромеханизмов. По конструктивному выполнению распределители разделяют в основном на золотниковые, крановые и клапанные типы. В первом типе распределение жидкости осуществляется с помощью осевого смещения цилиндрического или плоского распределительного элемента, во втором — путем поворота пробки крана и в третьем — путем последовательного открытия и закрытия рабочих

(расходных) окон с помощью клапанов (затворов). Под рабочим окном понимают проходное сечение гидроаппарата, в котором непосредственно происходит изменение параметров потока рабочей жидкости.

Золотниковые распределители Рабочим органом распределителей этого типа является перемещающийся з осевом направлении во втулке (гильзе) цилиндрический плунжер, на котором выполнено соответствующее количество кольцевых проточек. Подвод л отвод жидкости производится через окна питания во втулке (корпусе) распределителя и соответствующие проточки его плунжера. По количеству подключенных внешних линий (каналов питания), по которым рабочая жидкость подводится к распределителю и отводится от него, различают четырехлинейные (четырехходовыё), трехлинейные и двухлинейные распределители тределителя, предназначенного для управления двусторонним движение и дродвигателя, осуществляемого путем подвода поступающей от насоса жидкости под давлением в одну из двух полостей гидродвигателя при одновременном отводе ее из противоположной полости в резервуар. Жидкость от насоса подводится к каналу Ь (рис. 39, а), из которого для

данного положения плунжера 2 поступает в левую полость гидродвигателя одновременно с этим вторая (нерабочая) полость гидродвигателя соединяется с каналом а, ведущим в бак. При перемещении плунжера 2 вправо (рис. 39, 6) направления потоков жидкости изменяются. Основным преимуществом золотниковых распределителей является то, что их плунжеры уравновешены от осевых статических сил рабочего давления жидкости, поскольку это давление действует на пояски плунжера в противоположных направлениях. Для уравновешивания сил давления рсл жидкости в сливной линии(в каналах а и с) плунжер золотника, представленного на рис. 39, в,

снабжен с левой стороны ложным хвостовиком. При отсутствии хвостовика (рис. 39, а) давление рсл в сливной линии, с которой соединены каналы а и с, будет действовать на неуравновешенную площадь плунжера где d — диаметр хвостовика, стремясь сместить плунжер вправо.

Эта неуравновешенная сила давления жидкости

Перекрытие окон золотника. Для многих случаев применения золотников и, в частности, для гидравлических следящих систем важным параметром является перекрытие с плунжером в среднем его положении расходных окон (рис. 43). Различают распределители с положительным (рис. 43,а и 41) и отрицательным (рис. 43, б) перекрытием. Реже применяются золотники с нулевым перекрытием/(рис. 43, в). В золотниках первого типа (рис. 43, а) ширина h рабочего пояска плунжера превышает ширину t проходного окна корпуса золотника для протока жидкости, поэтому поясок плунжера при симметричном его положении по отношению к этим окнам перекрывает соответствующее окно на длине

в золотниках второго типа (рис. 43, б) ширина h рабочего пояска меньше ширины t проходного окна, в результате чего при среднем положении плунжера золотника по обеим сторонам его пояска образуется начальный зазор,

равный Поскольку при условии h t перекрытие с, вычисленное по выражению

отрицательно, подобное перекрытие окон уплотняющими поясками золотника обычно называют отрицательным перекрытием. В гидросистеме с этим золотником в полостях силового цилиндра

установятся при среднем положении плунжера золотника давления рг и рг (рис. 44):

где рн и рСЛ — давления в линиях нагнетания и слива. При смещении плунжера в какую-либо сторону от нейтрального положения указанное равенство давлений в полостях цилиндра будет нарушено, в результате чего поршень силового цилиндра при известной разнице давлений будет перемещаться в соответствующую сторону. Очевидно, что если бы отсутствовали нагрузка и силы трения в силовом исполнительном двигателе (на выходе), то любое нарушение равенства давлений р г и /?2, вызванное сколь угодно малым смещением плунжера золотника относительно среднего его положения, вызвало бы движение этого двигателя.

В действительности же для преодоления нагрузки и сил трения выхода в полостях силового цилиндра должен быть определенный перепад давления, а следовательно, золотник данной схемы будет иметь зону нечувствительности, которая увеличивается с увеличением начального зазора (отрицательного перекрытия). Недостатком золотников с отрицательным перекрытием является потеря жидкости, перетекающей через расходные окна на слив при среднем и близких к нему положениях плунжера. В практике гидравлическая характеристика золотника (см. рис. 40) определяется согласно уравнению (20)

— площадь сечения проходной щели золотника; х — открытие золотника (размер щели);

d± — диаметр плунжера золотника; рн и рд — давления на входе (питание) и выходе (давление нагрузки двигателя).

Гидравлические характеристики золотника. Они определяются его гидравлическим сопротивлением Др, которое зависит от конструктивных особенностей конкретного экземпляра золотника. Данные исследований показывают, что вследствие возмущающего действия поворотов, а также сужений и расширений поток жидкости в золотниковых распределителях является преимущественно турбулентным, причем критическим числом является Re = 100-^-200. Гидравлические характеристики распределителей достаточно точно выражаются параболой и могут быть определены в общем случае зависимостью

Значение коэффициента сопротивления £ в зависимости от числа поворотов потока колеблется в пределах £ = 3-^-5. Размеры золотника определяются в основном расходом и допустимой скоростью течения жидкости в его каналах, которая, в свою очередь, зависит от назначения золотника и рабочего давления в гидросистеме. Проходные

каналы золотника выбирают с учетом обеспечения требуемого расхода жидкости при допустимом сопротивлении потоку жидкости; при этом следует стремиться к тому, чтобы ход плунжера золотника был минимальным. С этой целью подвод жидкости в камеры золотника обычно производится через круговые (кольцевые) проточки шириной t (см. рис. 40). Благодаря этому достигают максимального значения периметра проходного окна по окружности (w — ndx) и его площади f = ndxx, где dx и х — диаметр плунжера и смещение плунжера золотника относительно отсечных кромок (открытие расходного окна).

Диаметр d2 шейки плунжера должен быть таким? чтобы бь;ло обеспечено требуемое проходное сечение, образованное этой шейкой и внутренней поверхностью отверстия в корпусе золотника [nd1t ^ (dl — d!)-—-, и одновременно с этим была сохранена требуемая жесткость плунжера. Для обеспечения герметичности минимальный диаметральный зазор в золотниковой паре плунжер—втулка обычно делают равным 4—10 мкм.

Поверхностная твердость деталей скользящей пары должна быть возможно высокой (HRC 60—62). Для обеспечения этого применяют сменные (вставные) втулки (гильзы) а (рис. 46, а), которые обычно запрессовывают в корпус

золотника до окончательной обработки рабочей поверхности. При выбЬре зазоров в золотниковой паре необходимо также учитывать температурное расширение материалов, из которых изготовлены детали плунжерной пары, с тем, чтобы было устранено защемление плунжера при изменениях температуры. Практически для предотвращения при изменении температуры защемления или образования больших зазоров плунжеры и гильзы

золотников должны быть изготовлены из однородного материала. В тех случаях, когда гильза (корпус) и плунжер золотника изготовлены из материалов с различными температурными коэффициентами расширения, изменение зазора при температурных колебаниях

где /0 и 80 — первоначальная температура распределителя и зазор при этой температуре; d — диаметр плунжера золотника; / и б — наблюдаемая температура распределителя и зазор при этой температуре; р и a — коэффициенты температурного расширения корпуса (гильзы) и плунжера. Для устранения возможности защемления плунжера вследствие температурной деформации корпуса, в котором размещена гильза, в особенности, если корпус изготовлен из цветного металла, гильза 2 помещается в расточке корпуса 1 свободно (с небольшим зазором 0,05 мм); герметичность соединения в этом случае достигается при помощи уплотнительных колец 3 (рис. 46,6).

Силы, действующие на плунжер золотника. На плунжер золотника в основном действуют силы трения и гидродинамические силы потока жидкости. Из рассмотренных схем золотника следует, что силы давления жидкости на детали идеальной пары с абсолютной цилиндричностью и высоким качеством обработки поверхности уравновешиваются как в аксиальном, так и в радиальном направлении, а поверхности скольжения плунжера разделены граничным слоем жидкости. Следовательно, трение плунжера такой идеальной пары зависит лишь от скорости его перемещения и вязкости жидкости. Однако опыт показывает, что трение плунжера реальной пары зависит от давления жидкости и от правильности геометрических форм плунжера и втулки. Трение плунжера возникает в результате неравномерного распределения давления жидкости в радиальном кольцевом зазоре б, образованном плунжером и гильзой, вследствие чего возникает неуравновешенная радиальная сила, поджимающая плунжер к одной стенке гильзы. Эта неуравновешенность возникает вследствие нарушения параллельности образующих радиальной щели, а также вследствие завалов и прочих производственных дефектов этих деталей. При правильной геометрической форме деталей плунжерной пары и параллельности их осей радиальные силы уравновешиваются. Рассмотрим схему плунжерной пары, представляющую собой поясок золотникового плунжера длиной I, помещенный во втулку (гильзу) с радиальным зазором (рис. 47). С левой стороны этого пояска находится полость высокого (рг) и с правой — полость низкого (р2) давления. Допускаем, что плунжер и втулка цилиндричны и плунжер размещен так, что его ось параллельна оси втулки, однако смещена относительно последней на величину е, в результате у2> у±. При принятом условии параллельности осей плунжера и втулки площади поперечного сечения как верхней, так и нижней части этих зазоров будут постоянными по всей длине / плунжера. Следовательно, градиент давления как для верхнего, так и для нижнего зазора можно приближенно принять постоянным, в соответствии с чем давление в верхнем и нижнем зазорах линейно будет понижаться от входного рг до выходного /?2, т. е. а и b будут прямыми линиями. Из приведенной эпюры сил давления следует, что радиальная сила давления жидкости в верхнем зазоре, стремящаяся сместить плунжер вниз, в этом случа равна, если пренебречь скоростным напором потока утечек, силе давления жидкости в нижнем зазоре, стремящейся сместить плунжер вверх, т. е. эти силы уравновешиваются. В связи с этим следует ответить, что полное уравновешивание плунжера будет иметь место' лишь при концентричном (соосном) расположении его в гильзе, при эксцентричном его положении возникает боковая прижимающая сила, обусловленная разностью скоростных напоров. При нарушении параллельности образующих щели, вызванной

искажением цилиндричности поверхностей втулки и плунжера, перекосами осей

или иными причинами, а также при наличии на этих поверхностях завалов

и прочих производственных дефектов уравновешенность радиальных сил

будет нарушена, и возникнут силы, стремящиеся сместить плунжер к той или

иной стороне поверхности втулки. В результате при известных условиях

могут возникнуть силы трения, значительно (в сотни раз) превышающие

силы, действующие в золотнике при удовлетворительном изготовлении его

деталей.