ПЛОСКИЙ ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ
FLAT HYDRAULIC CONTROL VALVE

Изобретение относится к электрогидравлическим усилителям мощности (ЭГУ), являющимися основными элементами электрогидравлических следящих приводов объемного и дроссельного регулирования, широко применяемых в различных отраслях современной техники. В большинстве известных ЭГУ в качестве гидрораспределителей (ГР) применяются цилиндрические золотники, конструкция которых органично сочетает распределительную часть с управляющей частью, в качестве которой используются торцы цилиндрического золотника. Значительно реже в ЭГУ применяются плоские ГР (ПГР), хотя они обладают целым рядом преимуществ:
- «плоская» технология изготовления ПГР проще и дешевле, чем у цилиндрического золотника;
- ремонтопригодность и, как следствие, большой срок службы;
- отсутствие резиновых уплотнений у «гильзы» ПГР;
- возможность разгрузки «гильзы» ПГР от эпюр давлений с помощью гидроподжима, что особенно выгодно (снижение веса) в ЭГУ большой мощности;
- независимость выбора площади управляющей части ПГР от геометрии его распределяющей части.
Недостатком ПГР, ограничивающим их применение, несмотря на отмеченные выше преимущества является сложность задачи по реализации гидравлического управления ПГР от предыдущего каскада усиления.
Проблема заключается в том, что наиболее просто конструкция ПГР реализуется при поворотном движении распределительной части ПГР («золотника») вокруг оси, расположенной в неподвижной части ПГР («гильзе»), в то время как наиболее простым гидромеханизмом управления является гидроцилиндр, поршень которого совершает линейное перемещение. Наиболее удачное решение указанной проблемы было реализовано в двухкаскадном ЭГУ немецкой фирмы «БОШ» (Ежегодная промышленная выставка / г.Ганновер, Германия, 1975 г. Патент США 1974 г. 3835888), ПГР которого мы примем за прототип.
Плоский гидрораспределитель-прототип содержит:
- основание с шестью отверстиями, два из которых предназначены для соединения с гидролиниями нагнетания и слива, два отверстия предназначены для соединения с устройством, управляющим ПГР, и два отверстия предназначены для соединения с устройством, управляемым ПГР;
- проставок, гидравлически соединенный двумя гидролиниями, через основание, с устройством, управляющим ПГР с помощью встроенного в проставок механизма управления с двумя шариковыми поршнями, перемещающимися в двух соосных отверстиях;
- плоский поворотный золотник, вращающийся на оси, запрессованной в основание, кинематически, через рычаг, связанный с двумя поршнями механизма управления, гидравлически соединенный, через основание, с гидролиниями нагнетания и слива и гидравлически соединенный, через две распределительные втулки, с двумя отверстиями в основании, предназначенными для соединения с устройством, управляемым ПГР;
- крышку, прикрепленную через проставок к основанию.
Недостатками ПГР-прототипа являются:
- необходимость прецизионного изготовления цилиндрических отверстий механизма управления ПГР для обеспечения нужной герметичности шариковых поршней;
- зависимость величины утечек через шариковые поршни от их диаметра, который определяется величиной момента, требуемого для управления плоским поворотным золотником;
- большие напряжения в местах контакта шариковых поршней с рычагом плоского поворотного золотника.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков.
Поставленная задача решается тем, что усовершенствованный плоский гидрораспределитель содержит:
- основание с шестью отверстиями, два из которых предназначены для соединения с гидролиниями нагнетания и слива, два отверстия предназначены для соединения с устройством, управляющим плоским гидрораспределителем, и два отверстия предназначены для соединения с устройством, управляемым плоским гидрораспределителем;
- проставок, гидравлически соединенный двумя гидролиниями, через основание, с устройством, управляющим плоским гидрораспределителем с помощью встроенного в проставок механизма управления с двумя поршнями, перемещающимися в двух соосных отверстиях;
- плоский поворотный золотник, вращающийся на оси, запрессованной в основание, кинематически, через рычаг, связанный с двумя поршнями механизма управления, гидравлически соединенный, через основание, с гидролиниями нагнетания и слива и гидравлически соединенный, через две распределительные втулки, с двумя отверстиями в основании, предназначенными для соединения с устройством, управляемым плоским гидрораспределителем;
- крышку, прикрепленную через проставок к основанию,
при этом согласно изобретению:
- два поршня механизма управления плоского гидрораспределителя выполнены в виде цилиндрических поршней, продольные оси которых параллельны оси плоского поворотного золотника;
- контактирующая с цилиндрическими поршнями часть рычага плоского поворотного золотника выполнена в виде фрагмента цилиндра, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси рычага;
- проставок состоит из четырех частей, основной части и трех дополнительных частей в виде параллелепипедов, прикрепляемых к основной части, которые вместе с основной частью проставка, основанием и крышкой плоского гидрораспределителя образуют два соосных отверстия прямоугольной формы, предназначенных для перемещения в них цилиндрических поршней;
- в двух торцах каждого цилиндрического поршня выполнены разгрузочные канавки, гидравлически соединенные друг с другом.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами Фиг.1-3, на которых изображена принципиальная схема усовершенствованного плоского гидрораспределителя, в котором шариковые поршни заменяются на цилиндрические поршни (5) и (7), перемещающиеся в отверстиях прямоугольной формы, образуемых проставком (13), основанием (16), крышкой (15) и тремя параллелепипедами (1), (2) и (10), прикрепляемыми к проставку (13). Необходимая герметичность цилиндрических поршней по их торцам обеспечивается так же, как и в плоском поворотном золотнике (12) с помощью простой и дешевой «плоской» технологии, а герметичность поршней по цилиндрической поверхности обеспечивается с помощью сравнительно простой технологии путем обеспечения нужного размера квадратного отверстия по фактическому размеру диаметра цилиндрического поршня или с помощью притирки цилиндрического поршня по конкретному размеру квадратного отверстия.
Для обеспечения кинематически оптимального контакта поршней (5), (7) с рычагом (6) плоского поворотного золотника (12) не в точке, а по линии контактирующая поверхность рычага (6) выполняется как фрагмент поверхности цилиндра, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси рычага (6).
Для выравнивания эпюр давлений по торцам цилиндрических поршней при диаметрах этих поршней больше 6 мм в их торцах с двух сторон выполняются концентрические проточки, гидравлически соединенные друг с другом через отверстия в проточках.
Усовершенствованный плоский гидрораспределитель работает следующим образом. В исходном (среднем) положении золотника (12), когда управляющий перепад давлений между полостями (4) и (8) равен нулю, давления во внутренних полостях распределительных втулок (17) и (21) и соответственно в отверстиях (18) и (20) будут одинаковы. При изменении управляющего перепада давлений между полостями (4) и (8) под действием этого перепада цилиндрические поршни (5) и (7), контактируя по линии с рычагом (6), будут перемещать золотник (12) со скоростью, пропорциональной величине расхода проходящей через отверстия (3) и (9) рабочей жидкости, поступающей от управляющего гидрораспределителя. При смещении золотника (12) от нейтрального положения внутренняя полость одной из распределительных втулок, например (17), через рабочее окно золотника и отверстие (18) соединяется с гидролинией слива, а внутренняя полость второй гидрораспределительной втулки (21) через другое рабочее окно золотника и отверстие (20) соединяется с гидролинией нагнетания.
В итоге мы имеем:
- кардинальное уменьшение утечек по поршням механизма управления по сравнению с ПГР-прототипом из-за существенного уменьшения фронта утечек и существенно меньшей интегральной величины зазора;
- контакт цилиндрических поршней с рычагом плоского поворотного золотника происходит по линии, а не в точке, как у ПГР-прототипа, что уменьшает износ механизма управления ПГР и повышает срок его службы;
- возможность адаптировать размеры (диаметр и высоту цилиндрических поршней) механизма управления под заданную величину высоты проставка и при заданной управляющей площади цилиндрических поршней;
- упрощение и удешевление технологии изготовления ПГР.