ЧЕТЫРЕХЛИНЕЙНЫЙ ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ С ПЛОСКИМ ПОВОРОТНЫМ ЗОЛОТНИКОМ И ЦЕНТРАЛЬНЫМ ПРИВОДОМ МОДУЛЬНОГО ИСПОЛНЕНИЯ ДЛЯ ВСТРОЕННОГО МОНТАЖА С РЕАЛИЗАЦИЕЙ ФУНКЦИИ АКТИВНОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ
FOUR-PORT VALVE ACTUATOR WITH PLANE ROTARY VALVE AND CENTER DRIVE OF MODULAR BUILT FOR IN-BUILT ERECTION WITH IMPLEMENTATION OF ACTIVE DAMPING FUNCTION

Предлагаемое изобретение относится к гидроавтоматике, в частности к гидрораспределителям с плоским поворотным золотником, применяемым в гидроприводах с ручным управлением, например в гидромеханических рулевых приводах следящих систем управления летательных аппаратов.
Известен гидрораспределитель, содержащий распределительную плиту с дросселирующим сливным отверстием, опорное кольцо, прижимную плиту, поворотный плоский золотник, охватываемый рычагом, закрепленным на управляющем валу и разделяющим внутренний объем гидрораспределителя на две полости. На рычаге управляющего вала в районе сливных кромок золотника выполнен фасонный профиль, отклоняющий сливную струю и компенсирующий гидродинамические силы на золотнике (см. журнал «Авиационная промышленность» №10, 1974, с.30, Ружицкий Е.Н. и др. «Обеспечение устойчивости и гидродинамической разгрузки плоских золотников распределительных устройств большой мощности»).
Недостатком этого гидрораспределителя является сложность расчета и изготовления фасонного профиля, а также недостаточная эффективность компенсации гидродинамических сил.
Известны гидрораспределители по АС SU №577303, кл. F01L 5/02, 25.10.77 и SU 1080552 А, кл. F01L 5/02, 23.01.81, которые содержат корпус, распределительную плиту и поворотный плоский золотник, охватываемый рычагом, закрепленным на управляющем валу и разделяющим внутренний объем гидрораспределителя на две полости.
Указанные гидрораспределители конструктивно проще решают вопрос повышения эффективности компенсации гидродинамических сил и улучшения характеристик управляющего момента по ходу золотника путем выполнения в распределительной плите дросселирующих сливных отверстий, перекрываемых рычагом-лопастью во время движения.
Однако в целом известные гидрораспределители отличаются конструктивной сложностью и нетехнологичностью. Так, для использования таких гидрораспределителей в гидроприводе требуется обеспечение высокой точности изготовления установочной поверхности в сочетании с незначительной шероховатостью: допуск плоскостности поверхности корпуса привода (или другого устройства), на которую устанавливается гидрораспределитель, должен составлять 3…5 мкм, а параметр шероховатости Ra - не более 0,25…0,5 мкм.
Корпуса и плиты известных гидрораспределителей имеют сложную форму и нетехнологичны.
В связи с необходимостью расстыковки всего узла гидрораспределителя перед установкой его в гидропривод из-за снятия транспортировочной плиты, прижимающей торцовые уплотнительные кольца к установочной поверхности распределительной плиты, могут изменяться технические характеристики гидрораспределителя. Использование известных гидрораспределителей существенно увеличивает массу и габариты гидропривода.
Известен также гидрораспределитель с плоским поворотным золотником, охватываемый рычагом, закрепленным на управляющем валу и разделяющим внутренний объем гидрораспределителя на две полости по патенту RU 2219352 С2, кл. F01L 7/06, F15B 13/02, 20.12.2003 г., бюллетень №35. Указанный гидрораспределитель с рычажным приводным устройством выполнен с возможностью его встройки непосредственно в корпус гидропривода, что исключает его разборку перед постановкой на гидропривод и улучшает качество проведения ремонтно-восстановительных работ.
Однако общим существенным недостатком известных решений и конструкций гидрораспределителей является невозможность их использования в гидроприводах или рулевых системах большой мощности с высокими скоростями движения исполнительных выходных звеньев. Характерной особенностью быстродействующих следящих приводов, в частности приводов управления высокоманевренными летательными аппаратами, является высокая приемистость и малое запаздывание при отработке командных (управляющих) сигналов.
Момент совершения максимальной работы приводом сопровождается значительными расходами рабочей жидкости и, соответственно, значительными угловыми перемещениями (рассогласованиями) золотников относительно своих нейтральных положений.
Известные же конструкции гидрораспределителей отличаются недостаточным запасом по угловым перемещениям (поворотам) золотника из-за упора, охватываемого его рычага, во внутреннюю поверхность неподвижно установленного опорного кольца, угловые перемещения гидрораспределителей такого типа не превышают 7° в каждую сторону, что является недостаточным для установки их в гидроприводы высокоманевренных летательных аппаратов. Кроме того, известные гидрораспределители имеют малый запас динамической устойчивости при работе в гидросистемах управления, склонных к автоколебаниям.
Наиболее радикальным способом гашения колебаний является применение демпферов гидравлического сопротивления, с помощью которых рассеивается в виде тепла кинематическая энергия колебаний.
Очевидно, что система будет устойчивой против колебаний, если энергия, рассеиваемая демпфером при колебательных движениях будет превышать энергию, потенцированную при упругих деформациях компонентов гидросистемы.
Эффективность демпфирования должна быть такой, чтобы демпфер при нормальных скоростях перекладки рулей не увеличивал нагрузки на ручке управления и не препятствовал возвращению ее в нейтральное положение. Сечение дросселирующих зазоров (или отверстий) в демпфере подбирается таким образом, чтобы демпфирование, с одной стороны, не увеличивало усилий для перемещения золотника, а с другой стороны, - чтобы при скоростных вибрационных его перемещениях создавалось демпфирование, способное погасить силу, возбуждающую колебания.
Известно распределительное устройство для гидроприводов, содержащее корпус со сливной полостью, плоский золотник с демпфером и поворотным рычагом привода (см. А.С. SU 480850, кл. F 01L 5/02 от 10.05.73, опубл. 15.08.75, бюл. №30. Публикация описания 17.10.75).
В известном распределителе демпфер выполнен в виде сдвоенного самоцентрирующего поршня, подвижно связанного с поворотным рычагом привода золотника, причем сдвоенный поршень своими наружными торцами образует в корпусе две демпферные камеры, постоянно сообщенные со сливной полостью корпуса посредством дросселирующих отверстий, выполненных в сдвоенном поршне.
Однако в целом известный демпфер отличается конструктивной сложностью и нетехнологичностью из-за необходимости обеспечения высокой точности размеров и взаимного расположения взаимодействующих между собой деталей, установленных в расточках корпуса и пробки с резьбовым участком.
К недостатку указанного гидрораспределителя следует отнести и то, что его корпус снабжен установочной поверхностью, что требует обеспечения высокой точности и небольшой шероховатости при обработке стыковочной поверхности, т.е. повторяется отмеченный выше недостаток конструкции аналога по А.С. №SU 577303.
Сложность конструкции демпфера, обусловленная наличием в нем большого количества сопрягаемых узлов и деталей, в совокупности снижает надежность указанного гидрораспределителя и увеличивает общее количество люфтов в кинематической цепи от золотника к демпферу, значительно снижающих его качественные характеристики.
«Так как демпферы, устанавливаемые между золотником и корпусом, имеют небольшие перемещения, необходимо устранять все причины, могущие привести к снижению эффективности демпфирования, в частности, устраняются люфты в соединениях кинематической проводки» (см. Башта Т.М. «Гидравлические приводы летательных аппаратов». Москва: изд. «Машиностроение», 1967, с.348).
Наиболее универсальной конструктивно-принципиальной схемой гидрораспределителя является схема с центральной осью вращения - центральным приводом плоского золотника. Возможность получения углов поворота золотника до 60° в каждую сторону от нейтрального положения позволяет применять такую схему как в вышеуказанных случаях, так и в приводах с большими рассогласованиями, например, когда требуются расходные характеристики с насыщением.
Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому изобретению является известное из патентной литературы устройство по AC SU 286517, кл. 62 С 15/10, опубл. 10.11.70 г., бюллетень №34, которое содержит максимальное количество сходных с заявляемым гидрораспределителем признаков, а именно: оба гидрораспределителя четырехлинейные, каждый из них содержит корпус, опорное кольцо, приводной вал центрального расположения, кинематически и шарнирно связанный с ним плоский поворотный золотник с распределительными и сливными каналами, заключенный между нажимной шайбой и распределительной втулкой, на конец которой, обращенный к золотнику, выведены прямоугольные отверстия, соединенные с исполнительным цилиндром гидросистемы, и канал для подвода рабочей жидкости.
В известном гидрораспределителе с целью уменьшения приводного момента и повышения эффективности компенсации гидродинамических сил сливной канал золотника выполнен в виде двух симметричных относительно распределительного канала сегментных пазов, имеющих треугольное сечение, отсечные кромки которых, расположенные по хорде, в среднем положении золотника совмещены с краями прямоугольных отверстий в распределительной втулке. Недостатками этого гидрораспределителя являются сложность расчета и необходимость получения фасонного профиля сливных каналов золотника.
Конструкция известного гидрораспределителя-прототипа, кроме того, повторяет недостаток распределительных устройств вышеприведенных аналогов, заключающийся в чрезмерно ограниченных возможностях плоского золотника по угловым перемещениям (поворотам) относительно своего нейтрального положения. Причины, способствующие этому, заключаются в том, что канал подвода рабочей среды и рабочие окна распределительной втулки сгруппированы локально в периферийной зоне и сформированы по наиболее короткой хорде, с максимальным отстоянием ее от оси поворота золотника. Такое конструктивное исполнение, с одной стороны, позволило минимизировать геометрические параметры плоского золотника, а с другой - ограничило рабочий диапазон углов поворота его до значений, не превышающих значений указанных выше аналогов.
Известная конструкция в основном имеет монофункциональное назначение и применение, поэтому наиболее актуальным на сегодняшний день становится вопрос разработки и создания гидрораспределителей универсального применения, сочетающих в себе многофункциональные возможности и позволяющих при этом уменьшить существующую номенклатуру конструкций гидрораспределителей с плоским поворотным золотником.
На существующем уровне техники известная конструкция гидрораспределителя аналога-прототипа не удовлетворяет разработчиков объектов применения специальным требованиям, в частности, требованиям по обеспечению принципов агрегатирования и модульности исполнения составляющих элементов. Выполнение этих условий открывает возможность проводить автономную отработку технических характеристик и испытания, позволяет выполнить встройку гидрораспределителя непосредственно в корпус гидропривода, а также существенно упростить работы, связанные с монтажом и демонтажом непосредственно на объекте применения.
В конструкции аналога-прототипа, так же как и в вышеупомянутых аналогах гидрораспределителей по А.С. SU 575303 и патенту RU 2219352, демпфирующие силы, пропорциональные скорости перемещения золотника, весьма незначительны.
В качестве внешнего уплотнения приводного вала в конструкции гидрораспределителя аналога-прототипа применены установленные в кольцевые прямоугольные канавки вала круглые резиновые, дублирующие друг друга, кольца, отличающиеся, как известно, повышенным статическим трением, неизбежно приводящим к увеличению момента страгивания плоского золотника из нейтрального положения и к снижению чувствительности и устойчивости управления, что в значительной степени ухудшает качественные характеристики следящей системы управления летательным аппаратом.
В совокупности указанные недостатки снижают показатели надежности работы известных гидрораспределителей и ограничивают их применение в гидроприводах систем управления летательных аппаратов.
Технической задачей предлагаемого изобретения помимо сохранения эффективного способа компенсации гидродинамических сил гидрораспределителя-прототипа является повышение надежности работы гидрораспределителя, упрощение его конструкции и реализация возможности встройки гидрораспределителя непосредственно в корпус гидропривода путем создания автономного и технологичного гидрораспределителя модульного исполнения с центральным приводом, с цилиндрической поверхностью, удобного в отработке технических характеристик и исключающего его разборку перед постановкой на объект.
Технической задачей предлагаемого изобретения также является расширение эксплуатационных и компоновочных возможностей гидрораспределителей путем реализации возможности применения их в гидроприводах или рулевых системах большой мощности с высокими скоростями выходных звеньев, например, для систем управления высокоманевренными летательными аппаратами за счет более глубокого расширения существующего диапазона углов поворота управляющего вала гидрораспределителя от нейтрального положения с ±7° до ±60°.
Другой не менее важной технической задачей является устранение влияния и подавление возможных автоколебаний, сгенерированных в системе управления летательного аппарата.
Поставленная задача решается тем, что в четырехлинейном гидрораспределителе с плоским поворотным золотником и центральным приводом модульного исполнения для встроенного монтажа с реализацией функции активного демпфирования, содержащем корпус, опорное кольцо, приводной вал центрального расположения, кинематически и шарнирно связанный с приводным валом плоский поворотный золотник с распределительными и сливными каналами и радиально направленным внутренним пазом, заключенный внутри опорного кольца и между нажимной шайбой и распределительной втулкой, на конец которой, обращенный к золотнику, выведены прямоугольные отверстия, соединенные с исполнительным цилиндром гидросистемы, и каналы для подвода и отвода рабочей жидкости, согласно изобретению корпус гидрораспределителя выполнен в виде полого цилиндра с двумя кольцевыми уплотнительными элементами на наружной цилиндрической поверхности и закрытого с одного конца днищем с центральной горловиной, в которой установлен спрофилированный хвостовик приводного вала с возможностью вращательного движения, а торец открытого конца цилиндра снабжен равномерно размещенными по окружности резьбовыми отверстиями для болтов, фиксирующих и жестко соединяющих цилиндр и распределительную втулку между собой, при этом наружный диаметр втулки равен или меньше наружного диаметра цилиндра, а на ее внешней стороне образованы крепежные отверстия и три отверстия с возможностью герметичного сообщения с полостями управления исполнительным цилиндром гидросистемы и каналом напорной полости, причем торец распределительной втулки, контактирующий с опорными торцами болтов, выполнен открытым,
согласно изобретению, плоский золотник, размещенный внутри опорного кольца, конструктивно и функционально выполнен по симметрично ориентированной схеме управления и расположения его составляющих элементов и образован в виде диска с интегрированным компонентом для активного демпфирования, с внутренней центрирующей цилиндрической расточкой и возможностью одновременного контакта своими торцовыми поверхностями с плоскостями нажимной шайбы и распределительной втулки с перекрытием у последней ее дугообразных или прямоугольных дросселирующих рабочих окон, спрофилированных таким образом, чтобы в период прохождения окон плоским золотником расход рабочей среды изменялся по линейному или близко к линейному закону, при этом на конце распределительной втулки, обращенном к золотнику, выполнены сливные дросселирующие отверстия, а компонент для активного демпфирования золотника сформирован в виде сужающейся в периферийном направлении перегородки-лопасти, выполненной за одно целое с диском и разделяющей внутренний объем распределителя на две полости (демпфирующие камеры), ограниченные неподвижными стенками нажимной шайбы, распределительной втулки и опорного кольца с дросселирующими зазорами по контуру лопасти, при этом каждая разделенная полость (камера) постоянно сообщена с соответствующим сливным дросселирующим отверстием распределительной втулки, кроме этого оси радиально направленного внутреннего паза золотника, его внутренней цилиндрической расточки и демпфирующей лопасти расположены в одной плоскости, которая является общей плоскостью симметрии, а дросселирующие рабочие окна распределительной втулки симметрично разнесены в перпендикулярном направлении относительно плоскости симметрии золотника и образованы на одной прямой - наибольшей хорде, проходящей через центральную ось поворота золотника, причем распределительный канал золотника сформирован в виде симметрично расположенного относительно плоскости симметрии дугообразного сквозного паза с отсечными подающими кромками прямоугольной формы, образованными на краях паза в зонах, обращенных в сторону расположения дросселирующих рабочих окон распределительной втулки, а сливные каналы сформированы в виде выемок прямоугольной формы, отсечные кромки которых расположены на общей хорде и в среднем положении золотника совмещены с краями прямоугольных окон распределительной втулки,
согласно изобретению, в средней части приводного вала образован участок с наружной сферической направляющей поверхностью и радиально направленным центральным отверстием, а указанная кинематическая шарнирная связь выполнена в виде цилиндрического штифта, один конец которого установлен в центральное отверстие сферического участка приводного вала, а другой - консольной частью введен в зацепление с радиально направленным внутренним пазом золотника с возможностью постоянного контактирования и взаимодействия с его соответствующими поверхностями, при этом цилиндрический штифт расположен в отверстии приводного вала с гарантированным радиальным натягом, а в пазе золотника - с минимальным гарантированным радиальным зазором,
согласно изобретению для герметизации приводного вала и минимизации величины трения внешнее уплотнение приводного вала выполнено в виде встроенного в кольцевую расточку корпуса манжетного уплотнителя с защитным кольцом конической формы, устанавливаемого со стороны открытого конца приводного вала для предохранения герметизирующего элемента манжеты от повреждений, при этом между опорным торцом манжетного уплотнителя и стенкой корпуса установлена опорная шайба с контактной площадью, равной площади опорного торца манжетного уплотнителя, а на внешней стороне корпуса опозитно манжетному уплотнителю концентрично центральной горловине образованы по меньшей мере две пары диаметрально и равномерно расположенных по окружности сквозных отверстий с возможностью ввода в них цилиндрических стержней (например, штырей съемника) для реализации отжима и извлечения манжетного уплотнителя из гнезда корпуса распределителя при проведении сборочно-монтажных или ремонтно-восстановительных работ гидрораспределителя.
Выполнение корпуса предложенного гидрораспределителя в виде полого цилиндра с кольцевыми уплотнительными элементами на наружной цилиндрической поверхности и жесткое крепление с помощью крепежных болтов круглой по форме распределительной втулки к цилиндру существенно упрощает конструкцию и позволяет создать цельноблочный модуль, удобный для встройки непосредственно в гнездо корпуса гидропривода, обеспечивая его минимальные габариты и массу.
Стыковка модуля к корпусу и соединение между собой каналов осуществляется через технологичные соединительные уплотняющие втулки, широко применяющиеся в отечественной практике.
Выполнение внешнего торца распределительной плиты открытым позволяет произвести стопорение болтов проволокой, чем обеспечивается надежная работа гидрораспределителя в составе привода летательного аппарата в течение всего периода эксплуатации.
За счет выполнения золотника по симметрично ориентированной схеме управления и расположения ее основных составляющих элементов расширяются эксплуатационные и компоновочные возможности при установке гидрораспределителя на объекте применения, повышается технологичность изготовления и улучшаются условия контроля процесса более точного формирования перекрытий и расположения отсечных кромок золотника относительно рабочих окон распределительной втулки, что в конечном итоге и определяет качественные характеристики гидрораспеделителя.
Оснащение плоского золотника компонентом активного демпфирования в виде разделяющей внутренний объем гидрораспределителя перегородки-лопасти с использованием рабочего пространства между распределительной втулкой и нажимной шайбой устраняет необходимость использования специальных встроенных демпфирующих устройств и исключает применение элементов кинематики, а вместе с ними и нежелательные люфты, чем значительно упрощается конструкция гидрораспределителя, повышается его технологичность, улучшаются габаритно-массовые характеристики и расширяются эксплуатационные возможности по применению.
Выполнение распределительного канала в золотнике в виде симметрично расположенного относительно плоскости симметрии дугообразного сквозного паза позволяет достичь значительных углов поворота золотника и соответственно расходов рабочей жидкости, чем реализуется возможность практического применения предлагаемого изобретения в гидроприводах систем управления летательных аппаратов с большой выходной мощностью и высокими скоростями исполнительных выходных звеньев.
Образование сливных каналов золотника в виде выемок с профилем несложной формы обеспечивает достаточную эффективность компенсации гидродинамических сил.
Применение в качестве внешнего уплотнения приводного вала гидрораспределителя уплотнителя манжетного типа с защитным внутренним коническим кольцом минимизирует приводной момент страгивания золотника, а введение под опорный торец манжетного уплотнителя опорной шайбы с возможностью ее отжима вместе с манжетным уплотнителем из гнезда корпуса гидрораспределителя значительно повышает уровень качества проведения сборочно-монтажных и ремонтно-восстановительных работ по гидрораспределителю.
Таким образом, заявляемое техническое решение обладает преимуществом по сравнению с аналогом-прототипом и другими известными решениями, обеспечивающими достижение поставленной задачи - повышение надежности, технико-экономических и эксплуатационных качеств гидрораспределителя с плоским поворотным золотником с центральным приводом.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 представлен вариант предложенного четырехлинейного гидрораспределителя с плоским поворотным золотником 25 и центральным приводом 7 модульного исполнения для встроенного монтажа с реализацией функции активного демпфирования, общий вид, разрез;
- на фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1 золотникового устройства с компонентом для демпфирования в виде лопасти 35 в исходном, нейтральном положении золотника 25;
- на фиг.3 показан разрез Б-Б на фиг.2, исходное, нейтральное положение золотника 25 относительно рабочего окна 20 распределительной втулки 13;
- на фиг.4 показан разрез А-А на фиг.1 золотникового устройства при отклоненном золотнике 25 на рабочий угол α° от нейтрального положения против часовой стрелки;
- на фиг.5 показан разрез В-В на фиг.4, изображено открытие напорной отсечной кромки 43 золотника 25 при его отклонении против часовой стрелки;
- на фиг.6 показан разрез Г-Г на фиг.4, изображено открытие сливной отсечной кромки 44 золотника 25 при его отклонении против часовой стрелки;
- на фиг.7 показан вид Е на фиг.1, приведен способ контровки болтов 12, стягивающих корпус 1 и распределительную втулку 13 между собой (фиг.1);
- на фиг.8 показан общий вид, разрез, вариант встроенной установки четырехлинейного гидрораспределителя с плоским поворотным золотником и центральным приводом модульного исполнения в корпус гидропривода.
Гидрораспределитель состоит из корпуса - полого цилиндра 1 (фиг.1) с двумя кольцевыми уплотнительными элементами 2 на наружной цилиндрической поверхности 3 и закрытого с одного конца днищем 4 с центральной горловиной 5, в которой установлен спрофилированный хвостовик 6 приводного вала 7, опорами которого являются подшипники качения 8 и 9. На торце 10 открытого конца корпуса-цилиндра 1 расположены равномерно размещенные по окружности резьбовые отверстия 11, в которые ввернуты с определенным моментом затяжки болты 12, фиксирующие и жестко соединяющие корпус-цилиндр 1 с распределительной втулкой 13 через крепежные отверстия 14. На внешней стороне распределительной втулки 13 образованы три отверстия 15, 16 и 17 (фиг.7) под соединительные уплотнительные втулки 18 (фиг.8). Отверстия 15 и 16 с дросселирующими окнами 19 и 20 сообщаются с полостями управления исполнительным цилиндром гидросистемы, отверстие 17 сообщается с каналом напорной полости 21 (фиг.8). Торец 22 распределительной втулки 13 (фиг.1), контактирующий с опорными торцами болтов 12, выполнен открытым для обеспечения возможности стопорения болтов 12 контровочной проволокой 23 (фиг.7).
Во внутренней расточке корпуса-цилиндра 1 установлено опорное кольцо 24 (фиг.1), внутри которого заключен плоский золотник 25 между нажимной шайбой 26 и распределительной втулкой 13, на конец которой, обращенный к золотнику 25, выведены прямоугольные отверстия - дросселирующие рабочие окна 19, 20 (фиг.7) для подсоединения к исполнительному цилиндру гидросистемы и каналы 27, 28 для подвода и отвода рабочей жидкости соответственно.
В золотнике 25 (фиг.1, 2 и 3) выполнены распределительный канал 29, сливные каналы 30, 31 и радиально направленный внутренний паз 32. Золотник 25 образован в виде диска с интегрированным компонентом для активного демпфирования и с внутренней соосно расположенной центрирующей цилиндрической расточкой 33 (фиг.1). На конце распределительной втулки 13, обращенном к золотнику 25, выполнены сливные дросселирующие отверстия 28 и 34 (фиг.1, 2, 7). Компонент для активного демпфирования золотника 25 сформирован в виде сужающейся в периферийном направлении перегородки-лопасти 35, выполненной за одно целое с золотником 25 и разделяющей внутренней объем гидрораспределителя на две полости - демпфирующие камеры 36 и 37 (фиг.2), ограниченные неподвижными стенками нажимной шайбы 26, распределительной втулки 13 и опорного кольца 24 с дросселирующими зазорами 38, 39, 40 по контуру лопасти 35 (фиг.1).
Демпфирующие камеры 36 и 37 (фиг.4) соединены с соответствующими дросселирующими сливными отверстиями 28 и 34, разделенными между собой перемычкой 41 (фиг.7). Оси радиально направленного внутреннего паза 32 золотника 25 (фиг.2), его внутренней цилиндрической расточки 33 (фиг.1) и демпфирующей лопасти 35 расположены в одной плоскости, являющейся общей плоскостью симметрии С-С (фиг.2).
Дросселирующие рабочие окна 19 и 20 (фиг.2) распределительной втулки 13 симметрично разнесены в перпендикулярном направлении относительно плоскости симметрии С-С и образованы на одной прямой - наибольшей хорде 42, проходящей через центральную ось поворота золотника 25.
Распределительный канал 29 золотника 25 (фиг.2) сформирован в виде симметрично расположенного относительно плоскости симметрии С-С дугообразного сквозного паза с отсечными подающими кромками 43 (фиг.3) прямоугольной формы, а сливные каналы 30 и 31 (фиг.2, 3) выполнены в виде выемок прямоугольной формы, отсечные кромки которых 44 совмещены с краями прямоугольных окон 19, 20 распределительной втулки 13.
В средней части приводного вала 7 (фиг.1) образован участок 45 с наружной сферической направляющей поверхностью и радиально направленным центральным отверстием 46. Кинематическая шарнирная связь между приводным валом 7 и плоским золотником 25 выполнена в виде цилиндрического штифта 47, один конец которого установлен в центральное отверстие 46 сферического участка 45 приводного вала 7, а другой - консольной частью 48 введен в зацепление с радиально направленным внутренним пазом 32 (фиг.2) золотника 25 с возможностью постоянного контактирования и взаимодействия с его соответствующими поверхностями, при этом цилиндрический штифт 47 (фиг.1) расположен в отверстии 46 приводного вала 7 с гарантированным радиальным натягом, а в пазе 32 (фиг.2) золотника 25 - с минимальным гарантированным радиальным зазором.
Для герметизации и минимизации величины трения внешнее уплотнение приводного вала выполнено в виде встроенного в кольцевую расточку 49 корпуса 1 манжетного уплотнителя 50 (фиг.1) с защитным кольцом конической формы 51, устанавливаемого со стороны открытого конца приводного вала для предохранения герметизирующего элемента 52 манжеты 50 от повреждений, при этом между опорным торцом манжетного уплотнителя 50 и стенкой корпуса 1 установлена опорная шайба 53 с контактной площадью, равной площади опорного торца манжетного уплотнителя 50, а на внешней стороне корпуса 1 оппозитно манжетному уплотнителю 50 концентрично центральной горловине 5 образованы диаметрально и равномерно расположенные по окружности сквозные отверстия 54 для реализации отжима и извлечения манжетного уплотнителя 50 из гнезда - кольцевой расточки 49 распределителя при помощи, например, штыревого съемника при проведении сборочно-монтажных или ремонтно-восстановительных работ.
Гидрораспределитель работает следующим образом (фиг.1).
При повороте управляющего вала 7 из исходного, нейтрального положения в положение, показанное на фиг.4 и 5 (например, против часовой стрелки), золотник 25 открывает в распределительной втулке 13 окна 19 и 20. Поток рабочей жидкости из полости нагнетания - распределительного канала 29 золотника 25 проходит в дросселирующее окно 20, полостное отверстие 16 (фиг.7) и далее в гидродвигатель, перемещая его исполнительный шток в одно из крайних положений. Из гидродвигателя поток рабочей жидкости проходит через полостное отверстие 15 и окно 19 распределительной втулки 13, попадает во внутреннюю полость гидрораспределителя и вытекает через дросселирующий канал слива 28.
Следует отметить, что при прохождении рабочей жидкости под давлением из распределительного канала 29 золотника 25 в окно 20 распределительной втулки 13 возникает, как известно, реактивная гидродинамическая сила, горизонтальная составляющая которой создает сопротивление приводному моменту и стремится вернуть золотник в среднее, нейтральное положение.
В предложенном гидрораспределителе при движении рабочей жидкости из гидродвигателя через полостное отверстие 15 и окно 19 распределительной втулки 13 и далее по спрофилированной выемке 31 (фиг.6) золотника 25 рабочая жидкость меняет направление движения при переходе с одной стенки спрофилированной выемки 31 на другую. В результате возникает гидродинамическая сила, создающая момент, совпадающий по направлению с приводным моментом, т.е. действующий в сторону открытия подающей кромки 43 (фиг.4 и 5), при этом требуемая величина приводного момента уменьшается, а чувствительность и точность управления значительно повышаются.
При повороте приводного вала 7 из нейтрального, исходного положения в другое положение процесс работы гидрораспределителя протекает аналогично описанному, при этом исполнительный шток гидродвигателя перемещается в противоположную сторону.
Режим активного - «дежурного» демпфирования распределительного устройства осуществляется следующим образом.
2
При повороте приводного вала 7 происходит поворот плоского золотника 25 вместе с сформированной с ним за одно целое демпфирующей лопастью 35, разделяющей внутренний объем гидрораспределителя на две демпфирующие камеры (полости) 36 и 37 (фиг.4), сообщающиеся между собой через дросселирующие зазоры 38, 39 и 40 (фиг.1), образованные по контуру лопасти 35. При этом обе демпфирующие камеры через дросселирующие сливные отверстия 28 и 34 (фиг.4, 1) распределительной втулки 13 сообщены со сливной закрытой магистралью летательного аппарата, в которой постоянно поддерживается избыточное давление в диапазоне 4…6 кгс/см.
В результате создаются благоприятные условия для заполнения рабочей жидкостью с указанным давлением демпфирующих камер 36 и 37 (фиг.4) без введения каких-либо дополнительных подпиточных клапанов или поддавливающих устройств.
При нормальной работе системы управления летательным аппаратом при отсутствии колебаний в системе золотник 25 распределителя разгружен, демпфирующая лопасть 35 за счет воздействия равных сливных давлений с обеих сторон тоже разгружена и золотник 25 перемещается с незначительной скоростью, соответствующей сигналу управления, при этом рабочая жидкость из одной демпфирующей камеры вытекает, а в другую втекает, не создавая препятствия движению золотника.
При возникновении автоколебаний в системе управления скорость движения золотника увеличивается, при этом происходит дросселирование рабочей жидкости в зазорах 38, 39 и 40 по контуру лопасти 35, что создает осевую демпфирующую силу, направленную против движения золотника 25. В результате колебания, приходящие на приводной вал 7 и плоский золотник 25 соответственно, затухают, чем повышается динамическая устойчивость работы рулевого гидропривода в системе управления летательного аппарата.
Выполнение четырехлинейного гидрораспределителя в виде технологичного цельноблочного модуля с возможностью его встройки непосредственно в корпус гидропривода позволило обеспечить проведение автономной отработки технических характеристик гидрораспределителя, уменьшить его габариты и массу, улучшить условия и качество проведения ремонтно-восстановительных работ, а за счет достижения значительных углов поворота золотника с реализацией функции активного демпфирования удалось решить задачу применения предлагаемого изобретения в гидроприводах систем управления летательных аппаратов с большими выходными мощностями и высокими скоростями исполнительных выходных звеньев с достаточным запасом динамической устойчивости к автоколебаниям системы управления.
Таким образом, заявленная совокупность конструктивных признаков предлагаемого изобретения обуславливает получение технического результата - создание гидрораспределителя, отвечающего критериям высокой надежности за счет расширения функциональных возможностей, повышения долговечности, технико-экономических и эксплуатационных качеств, что подтверждается результатами проведения заводских испытаний и опытом эксплуатации.