ПЛОСКИЙ ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ
FLAT HYDRAULIC CONTROL VALVE

Изобретение относится к электрогидравлическим усилителям мощности (ЭГУ), являющимся 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 (ЦЗ), конструкция которых органично сочетает распределительную часть с управляющей частью, в качестве которой используются торцы ЦЗ. Значительно реже в ЭГУ применяются плоские ГР (ИГР), хотя они обладают целым рядом преимуществ:
- «плоская» технология изготовления ПГР проще и дешевле, чем у ЦЗ;
- 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, выходное звено которого, поршень, 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. 83588), 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 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 в свою очередь зависит от величины требуемого момента управления ПГР;
- большие контактные напряжения в местах контакта шариковых поршней с рычагом в двух точках.
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 с разгрузочными башмаками;
- рычаг плоского поворотного золотника контактирует с разгрузочными башмаками цилиндрических поршней через опорные диски, установленные в рычаг;
- цилиндрические поршни через башмаки прижимаются к опорным дискам предварительно поджатыми пружинами, жесткость которых определяется по формуле:
п
п
2
с=0,5mω,
где
п
с - жесткость пружины;
п
m - масса цилиндрического поршня;
ω=2π·f, f - предельная рабочая частота плоского гидрораспределителя.
Сущность заявленного изобретения поясняется фиг.1-3, на которых изображена принципиальная схема усовершенствованного ПГР, в механизме управления которого применены цилиндрические поршни (3), (8) с разгрузочными башмаками, обычно используемые в аксиально-поршневых гидромашинах (см. Т.М.Башта и др. «Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы». «Машиностроение», Москва, 1970 г. 504 с).
Цилиндрические поршни с разгрузочными башмаками перемещаются в двух цилиндрических отверстиях проставка (4), при этом продольные оси цилиндрических поршней направлены перпендикулярно оси вращения плоского гидрораспределителя. Управляющий поршнями (3) и (8) расход рабочей жидкости подается к ним через два отверстия (1), (10) в проставке (4), через основание ПГР (20). Цилиндрические поршни (3), (8) контактируют с рычагом (6) вращающегося на оси (11) плоского поворотного золотника (12) через разгрузочные башмаки, обеспечивающие кардинальное (в сравнении с ПГР-прототипом) уменьшение контактных сил и смазку трущихся поверхностей башмаков и опорных дисков (5) и (7), расположенных на рычаге (6).
Для предотвращения отрыва поршней (3) и (8) от опорных дисков (5) и (7) при работе ПГР на максимальной частоте и при максимальной амплитуде применяются пружины (2) и (9), жесткость каждой из которых (сп) определяется по формуле:
п
п
2
c=0,5mω
где
п
с - жесткость пружины;
п
m - масса цилиндрического поршня;
ω=2π·f, f - предельная рабочая частота плоского гидрораспределителя.
Для обеспечения контакта пружин (2) и (9) с поршнями (3) и (8) при максимальном отклонении поршней в любую сторону от нейтрального положения при максимальной рабочей частоте вводится их предварительный поджим.
Конструкция поршней (3), (8), опорных дисков (5), (7), материалы и технология их изготовления могут быть заимствованы из ряда серийно изготавливаемых аксиально-поршневых гидромашин.
Усовершенствованный плоский гидрораспределитель работает следующим образом.
В исходном (среднем) положении, когда управляющий перепад давлений на поршнях (3) и (8) равен нулю, давления во внутренних полостях распределительных втулок (14) и (17) и, соответственно, в отверстиях (15) и (18) будут равны. При изменении управляющего перепада давлений цилиндрические поршни (3) и (8), контактируя через разгрузочные башмаки и опорные диски (5) и (7) с рычагом (6), будут перемещаться, смещая золотник (12) от его нейтрального положения, со скоростью, пропорциональной величине расхода рабочей жидкости, проходящего через отверстия (1) и (10). При смещении золотника (12) от нейтрального положения внутренняя полость одной из распределительных втулок соединяется через одно отверстие и рабочее окно золотника с гидролинией нагнетания, а соответственно, внутренняя полость другой распределительной втулки через другое отверстие и рабочее окно золотника соединяется с линией слива.
В итоге в усовершенствованном ПГР мы имеем:
- согласование возвратно-поступательного движения цилиндрических поршней с поворотным движением плоского золотника с обеспечением минимального трения и смазки в местах контакта разгрузочных башмаков с опорными дисками;
- возможность использования отработанной конструкции и технологии изготовления цилиндрических поршней с разгрузочными башмаками, серийно изготавливаемых для ряда аксиально-поршневых машин.