ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ С ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ

Гидрораспределитель с пропорциональным электрогидравлическим управлением предназначен для установки в объемные гидросистемы различных строительно-дорожных, лесных, сельскохозяйственных и других машин.
Известен пропорциональный гидрораспределитель с электрогидравлическим двухступенчатым управлением типа РП по ТУ2-053-1761-85 (Свешников В.Н., Усов А.А. Станочные гидроприводы: Справочник - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988, - с.254). Основная ступень включает корпус и золотник, а управляющая ступень -блок управления, содержащий редукционный клапан, управляемый пропорциональными магнитами.
В этих гидрораспределителях специальные пропорциональные электромагниты ПЭМ6-1 и ПЭМ6-2 больших размеров, что приводит к увеличению габаритов и веса всего изделия. Кроме того, недостатком такого гидрораспределителя является необходимость установки датчика обратной связи для точного позиционирования золотника, для уравновешивания стартового и рабочего давления в его среднем положении. Дополняющие пропорциональное управление золотники с профилированными дросселирующими кромками различной геометрии («выкружки») требуют сложных расчетов при их разработке и высокотехнологичного оборудования при их выполнении.
Известен гидрораспределитель с пропорциональным электрогидравлическим и механическим управлением (РФ, Свидетельство на полезную модель №23 475, опубликовано 14.02.20002 г. в бюллетене №17) содержащий электроуправляемые золотниковые гидрораспределители первого каскада и рабочие секции, образованные золотниковыми гидрораспределителями второго каскада.
Конструкция его цилиндрического золотника выполнена с радиальными напорными и сливными отверстиями с образованием рабочих поясков, отверстия сообщены с глухими осевыми каналами золотника, что существенно усложняет его изготовление.
Известен гидрораспределитель мобильной машины (РФ, Патент №2 090 045, опубликован 20.09.1997 г.) содержащий рабочие секции. Элемент регулирования потока управления золотника каждой из них выполнен в виде двух конусных фасок, взаимодействующих с входным и выходным отверстиями канала управления корпуса, при этом конусные фаски расположены на кромках проточки золотника канала управления.
Такие конусные фаски на кромках проточек золотника, исключают возникновение гидравлических ударов при смещении золотника из нейтрального положения. Это повышает
надежность работы гидрораспределителя, но не улучшает его регулировочных характеристик.
Наиболее близким устройством того же назначения, который принят за прототип, является гидрораспределитель, содержащий корпус с рабочими каналами, в расточке которого размещен основной золотник, выполненный с профилированными кромками с образованием дросселирующей щели, и два пропорциональных электромагнита (СССР, а.с., №1 592 601, опубликовано 15.09.1990 г. в бюллетене №34).
Недостатком данного гидрораспределителя является то, что с целью повышения статической точности перемещения золотника в рабочем диапазоне, площадь дросселирующей щели между профилированной кромкой золотника и корпусом выбрана только для определенной напорно-расходной характеристики, что ограничивает возможности использования гидрораспределителя.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является расширение арсенала гидрораспределителей с пропорциональным электрогидравлическим управлением за счет улучшения регулировочных характеристик путем обеспечения пропорциональной подачи потока рабочей жидкости к исполнительным механизмам, повышение точности изготовления золотника гидрораспределителя, а значит повышение надежности его работы.
Пропорциональность расхода рабочей жидкости, поступающей на вход исполнительного механизма гидрораспределителя, определяется величиной перемещения основного золотника. Указанная задача, в первую очередь, достигается за счет того, что величину перемещения основного золотника регулируют пропорциональные клапанные регуляторы давления фирмы «TOMAS MAGNETE». Благодаря их использованию отпадает необходимость в изготовлении первого каскада управления, так как редукционный клапан расположен непосредственно в корпусе клапанного регулятора давления. К тому же использование пропорциональных клапанных регуляторов давления с гистерезисом равным 3% позволяет отказаться от датчика обратной связи, за счет высокой точности позиционирования золотника.
Но пропорциональная подача потока рабочей жидкости определяется не только величиной перемещения золотника, но и площадью его щели, зависящей от профиля дросселирующей поверхности. Поэтому, для достижения такого технического результата, дросселирующая поверхность основного золотника выполнена конической и включает как минимум одну кольцевую канавку, выполненную на линии пересечения конической и цилиндрической поверхностей золотника с образованием острых кромок с обеих ее сторон, при этом угол при вершине конуса не превышает 12 градусов. Изготовление всей дросселирующей
поверхности золотника конической, в отличие от обычно применяемых «выкружек», позволяет не только повысить устойчивость системы, но и снизить защемляющую силу, получая разгружающий эффект. Благодаря чему улучшается точность позиционирования при перемещении золотника.
Размер конической части золотника обусловлен величиной его хода, благодаря чему не происходит резкого перепада давления, а за счет малого угла наклона дросселирующей поверхности золотника, увеличивается величина перекрытия.
При дросселирующей щели, сужающейся в направлении утечек рабочей жидкости, максимальный градиент давления возникает в месте максимального сужения, при этом золотник стремиться под действием неуравновешенной силы переместиться в положение соосное расточке в корпусе. В этом случае защемляющая сила будет минимальной.
При переходе от быстрых перемещений золотника к медленным, с расходами соответственно от минимального до максимального, угол наклона как бы сглаживается, а величина его стремиться к 11-12 градусам.
Угол наклона дросселирующей поверхности приближающийся к 13 градусам необходим, когда на начальной стадии открытия дросселирующей щели необходимо пропускать значительный расход рабочей жидкости, то есть получаем режим близкий к релейному. С другой стороны, коническую дросселирующую поверхность гораздо легче получить и проконтролировать, чем «выкружки».
Наличие канавки на стыке конической поверхности золотника с его цилиндрической частью позволяет сглаживать гидродинамические процессы, приводящие к заклиниванию золотника. При прохождении через дросселирующую щель твердых частиц, находящихся в рабочей жидкости, канавки служат для отлавливания и перерезания их своими острыми кромками, избегая облитерации щели, снижая тем самым защемление и износ золотника.
Кроме того при выполнении конической дросселирующей поверхности золотника, состоящей из двух конических поверхностей, естественно с различными углами при вершинах их конусов, с одной стороны несколько усложняет изготовление, но существенно расширяет диапазон регулировочных характеристик, которые необходимы потребителю. Наличие канавки, выполненной на линии пересечения конических дросселирующих поверхностей, позволяет сгладить динамические процессы при переходах перемещений от быстрых к медленным и наоборот, что позволяет четко разделить зоны разгона и торможения. Поскольку гидравлическое сопротивление канавки ничтожно по сравнению с сопротивлением щели, давление в канавке одинаково во всех точках. Давление в радиальном
зазоре этими канавками выравнивается и тем самым уменьшается неуравновешенность радиальных сил давления жидкости на золотник, в результате чего значительно уменьшается трение. С другой стороны канавка способствует отлавливанию и перерезанию твердых частиц в рабочей жидкости.
На фиг.1 - общий вид корпуса гидрораспределителя с электрогидравлическим пропорциональным управлением (продольный разрез), гидравлическая схема.
На фиг.2 - дросселирующая поверхность золотника выполненная с одной конической поверхностью.
На фиг.3 - дросселирующая поверхность золотника выполненная с двумя коническими поверхностями.
Пропорциональный гидрораспределитель (фиг.1) состоит из двух ступеней: пропорционального пилота управления 1, где в качестве устройства, преобразующего управляющий электрический сигнал в механическое перемещение используются пропорциональные клапанные регуляторы давления 2 и 3, встроенные в корпус пилота управления 1, и главной ступени, где в центральной расточке корпуса 4 гидрораспределителя которой установлен основной золотник 5, центрируемый пружиной 6, где Р - отверстие для выхода рабочей жидкости под давлением, А и В - отверстия для присоединения к исполнительным устройствам, Т - отверстие для выхода рабочей жидкости в бак. С обеих сторон корпус 4 закрыт крышками 7 и 8.
Дросселирующая поверхность основного золотника 5 (фиг.2) представляет собой коническую 9 поверхность с углом наклона к цилиндрической 10 поверхности золотника не более 12 градусов. На линии пересечения конической 9 и цилиндрической 10 поверхностей золотника выполнена кольцевая канавка 11. При выполнении золотника с дросселирующей поверхностью, состоящей из двух или более конических поверхностей (фиг.3), на линии их пересечения выполнена кольцевая канавка 12.
Работает заявляемый гидрораспределитель с пропорциональным электрогидравлическим управлением следующим образом.
При подаче управляющего электрического сигнала на электромагнит пропорционального клапанного регулятора давления 2, якорь последнего перемещает на некоторую величину управляющий золотник, встроенный в корпус клапанного регулятора. В результате чего, образуется щель между отверстием в корпусе и отсечной кромкой управляющего золотника пропорционального клапанного регулятора. Возникающее давление, соответствующее величине командного электрического сигнала, передается в полость крышки 7. Это приводит к перемещению основного золотника 5 и последующему сжатию пружины 6 до тех пор, пока не уравновесится сила давления на золотник усилиям пружины.
Таким образом, основной золотник 5 сместится в сторону от нейтрального положения на величину, соответствующую определенному значению тока на катушке электромагнита, а величина и направление задающего электрического сигнала пропорционального клапанного регулятора 2 обеспечивает соответствующее изменение величины направления потока рабочей жидкости от гидрораспределителя к исполнительным устройствам гидросистемы. При подаче электрического сигнала на второй клапанный регулятор давления 3 происходит реверсирование основного золотника 5, а значит и потока рабочей жидкости. При отключении питания, основной золотник 6 устанавливается в нейтральное положение пружиной 6.
В соответствии со схемой распределения потока рабочей жидкости в корпусе 4 и положением основного золотника 5 линия Р соединяется с линией А(В), а линия В(А) - с линией Т при прохождении потока рабочей жидкости через щель, образуемую конической 9 дросселирующей поверхностью золотника.
При прохождении через дросселирующую щель твердых частиц, находящихся в рабочей жидкости, канавки 11 и 12 служат для отлавливания и перерезания их своими острыми кромками, тем самым избегая облитерации щели и снижая защемление и износ золотника. Канавка 12 позволяет сгладить динамические процессы при переходах перемещений от быстрых к медленным и наоборот.